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07.01.05
USA
Chlorgas-Zug verunglückt - acht ToteAcht Menschen sind in den USA getötet worden, als ein mit Chlorgas beladener Güterzug auf stehende Waggons aufprallte und die giftigen Dämpfe frei wurden. 240 Menschen wurden durch die ätzende Substanz verletzt.
Luftbild der Unglückstelle: Geruch wie im Schwimmbad
Der große Knall - Bitterfeld 1968
Am 11. Juli 1968 um 13:57 Uhr vernahm ganz Bitterfeld einen ohrenbetäubenden Knall. Schwer und dumpf bebte die Erde. Eine schwere Gasexplosion hatte die PVC-Fabrik in Trümmer gerissen. Mindestens 41 Menschen starben, Hunderte wurden schwer verletzt.
Seveso
Der Albtraum dauert an
Als am 10. Juli 1976 in einer Chemiefabrik im Mailänder Vorort Seveso unbemerkt eine hochgiftige Gaswolke entweicht, brachte der Unfall das Dioxin in die Schlagzeilen. Die Wunden sind noch nicht verheilt.
15.10.08
Chlorunfall in Schwimmbad
Bei einem Unfall mit Chlorgas sind in einem Erlebnisbad in Bitburg mehrere Kinder und Erwachsene verletzt worden, zwei mussten in ein Krankenhaus eingeliefert werden….
24.10.1988
"Es geht darum, unsere Haut zu retten" Die Zerstörung des Ozonschilds der Atmosphäre ist nach den jüngsten Erkenntnissen der Wissenschaftler schon weiter fortgeschritten als bislang angenommen. Der einzige Ausweg - der Verzicht auf chlorhaltige Industriegase, die den Ozonabbau verursachen….
….Schlagzeilen
• Chemieunfälle
• Halogene involviert
• Einprägende Bilder
• Halogene => gefährlich
• Halogene verpönt
Experimentalvortrag
WS 08/09
Oliver Strauch
HALOGENE IM
ALLTAG
9
Gliederung
1. Was sind Halogene?
2. Fluorverbindungen
3. Chlorverbindungen
4. Bromverbindungen
5. Iodverbindungen
6. Schulrelevanz
10
Was sind Halogene ?
17VII A
18.998
FFluor35.45
ClChlor79.90
BrBrom126.90
IIod
209,99
Astat
Was sind Halogene?
• griech. „halos“ = Salzbildner
• bilden 7. Hauptgruppe des PSE
• ausgeprägte Nichtmetalle
• hohe Elektronegativität
• sehr reaktionsfreudig
Astat:• radioaktiv
• stabilstes Isotop: 8,3 Std.
• wenig Vorkommen
11
Was sind Halogene ?
Elektronenkonfiguration: • 2 s- und 5 p-Elektronen• fehlendes Elektron zur Edelgaskonfiguration
Edelgaskonfiguration durch:• kovalente Bindung• einfach geladenes Anion
Vorkommen:• nie atomar• zweiatomige Moleküle• gebundener Form
12
Fluor
• griech: „fluor“ = Fluss
• gelbliches Gas (RT)
• reaktivstes Element
• Ox-Stufen 0 oder -1
• stark ätzend, extrem giftig
Fluor im Alltag
13
Fluor im Alltag
Polytetrafluorethen PTFE
– besser bekannt als Teflon®
– vollfluoriertes Polymer
– robuster Kunststoff
– hoch belastbar
– Raumfahrt
– Teflon - Pfanne
– Spezialtextilien (GORE-TEX®)
nF
F
C
Fluor im Alltag
14
FCKW
• Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe
• reaktionsträge, unbrennbar, wenig giftig
• chemisch stabil
=> vielfach verwendbar
• Kühl- und Treibmittel
Fluor im Alltag
Cl
Cl
FCl
15
Abbau der Ozonschicht
Fluor im Alltag
h*v3 2
3 2
2 2
h*v2 2 2
2 2
3 2
CFCl CFCl Cl
2 Cl 2 O 2 ClO 2 O
2 ClO Cl O
Cl O ClO Cl
ClO Cl O
2 O 3 O
16
Fluor im Alltag
Fluoridierung
• Kariesvorbeugung durch Fluoride
• Zusatz zu Speisesalz, Zahnpasta, Milch…
• stark abweichende Meinungen
17
Versuch 1
Fluorid aus Zahnpasta
Fluor im Alltag
18
V1 Fluorid-Nachweis aus Zahnpasta
Fe3+(aq) + 3 SCN-
(aq) + 3 H2O [Fe(SCN)3(H2O)3](aq)
rot
[Fe(SCN)3(H2O)3](aq) + 6 F-(aq) [FeF6]3-
(aq) + 3 SCN-(aq) + 3 H2O
farblos
Fluor im Alltag
19
Kariesvorbeugung
• Zahnschmelz besteht zu 97 % aus
Hydroxylapatit Ca5(PO4)3OH
• hart / widerstandsfähig
• instabil gegen Säure:
Ca5(PO4)3OH(s)+ H3O+(aq) 5 Ca2+
(aq) + 3 PO4
3-(aq) + 2 H2O
Fluor im Alltag
20
Demo 1
Fluorierte Schweinezähne
Fluor im Alltag
21
D2: Fluorierte Schweinezähne
• Schweinezähne in KF(aq) eingelegt
• Austausch Hydroxid-Ionen mit Fluorid-Ionen:
Ca5(PO4)3OH(s) + F–(aq) Ca5(PO4)3F(s) + OH–
(aq)
• Fluorapatit hoch säurebeständig
• Säureschutz für die Zähne
Fluor im Alltag
22
Versuch 2
Glasätzen mit Flusssäure
Fluor im Alltag
23
V2: Glasätzen mit Flusssäure CaF2(s) + H2SO4(l) Δ 2 HF(g) + CaSO4(s)
SiO2(s) + 4 HF(g) SiF4(g) + 2 H2O
Fluor im Alltag
24
Glasätzen
• HF zum Ätzen und Polieren von Glas
• Restauratoren / Künstlerbetriebe
• feiner als Sandstrahlen
• brillante Abstufungen
• optische Umkehrung
Fluor im Alltag
25
Flusssäure
Sehr gefährliche Säure
• HF diffundiert durch die Haut, zersetzt Knochen
• Schmerzen verzögert
• giftig und stark wassergefährdend
Sandstrahlen ungefährlich / billiger / weniger attraktiv
Risiken / Nutzen abwägen
Fluor im Alltag
26
Chlor
• griech: „chloros“ = gelbgrün
• grünliches Gas (RT)
• reaktionsfreudiges Element
• starkes Ox.-Mittel
• giftig, stark umweltgefährdend
Chlor im Alltag
27
Salz
• Natriumchlorid: NaCl
• bedeutende Rolle im Alltag
• „Salz in der Suppe“
• lebenswichtig
Chlor im Alltag
28
PVC• Polyvinylchlorid
• vielseitig verwendbarer Kunststoff
• Fußböden, Fensterrahmen, Rohre…
• große Entsorgungsprobleme
• Verbrennung: HCl und Dioxine
Chlor im Alltag
29
DioxineChlor im Alltag
• polychlorierte
• Dibenzo-p-Dioxine (PCDD)
• Dibenzofurane (PCDF)
• extrem giftig
30
Versuch 3
Chlorbleiche
Chlor im Alltag
31
V3: ChlorbleicheBleichen mit Hypochlorit:• Rote Bete: violett -> gelb
• Rotkraut: violett -> grün -> gelb
• Tinte: blau -> farblos
• Farbstoffe mit HOCl oxidiert
• Farbstoffe werden zerstört / ändern sich
Chlor im Alltag
H
Cl
O
RR
1
OH-Cl
RR
1
C
32
Demo 2
Geruchsentfernung mit Chlorwasser
Chlor im Alltag
33
D2: Geruchsentfernung mit Chlorwasser
Heuaufguss• fauliger Geruch• Mikroorganismen
Chlorwasser:
• Wasseraufbereitung im Schwimmbad
Chlor im Alltag
2(aq) (aq) (aq)2
0 1 1Cl H O HCl HOCl
Disproportionierung
34
Demo 3
Streichhölzer
Chlor im Alltag
35
D2: StreichhölzerStreichholzkopf:
– Kaliumchlorat– Braunstein– Schwefel– Dextrin– Saccharose– Glasmehl
Holzstäbchen:– paraffingetränkter Holzspieß
Reibefläche– roter Phosphor auf Schmirgelpapier
Chlor im Alltag
36
Reaktionen
• Reibung erzeugt Wärme / Kontakt Kaliumchlorat/Phosphor
=> Gemisch zündet
5 0 1 5
(s) 4 10(s)3(s) (s)10 K ClO 12P 10 K Cl 3 P O H 0
Chlor im Alltag
37
• Reaktion von Kaliumchlorat und Schwefel wird gestartet:
• Paraffin wird entzündet => Holzstäbchen beginnt zu brennen
• stark exotherme Reaktionen
5 0 1 43
8(s) (s)3(s) 2(g)82 K ClO S 2 K Cl 3 SO H 0
Chlor im Alltag
38
Versuch 4
Chlorgas zu Hause
Chlor im Alltag
39
• Chlorreiniger + Essigreiniger:
Komproportinierung
• Chlorgas-Nachweis:
V4: Chlorgas zu Hause
(aq)2(g)(aq) (aq) 3 (aq)
1
2
0
1 Cl 2 NaNaOCl NaCl 2 H O
3 H O
13
1 0 0 1
(aq) 2(aq)2 (aq) (aq)
0 1
2(aq) (aq) 3 (aq)
2 K I Cl I 2 K 2 Cl
I I I
Chlor im Alltag
braunCharge-Transfer-Komplex
Synproportionierung
40
Brom
• griech: „bromos“ = Gestank
• bräunliche Flüssigkeit (RT)
• schwer heilende Wunden / starke Schmerzen
• stark umweltgefährdend
• elementar nicht im Alltag
Brom im Alltag
41
Brom im Alltag
• Br2: Desinfizieren von Schwimmbädern (Schweiz)
– leichter handhabbar
• Bromaceton als Tränengas (früher)
– Augen, Schleimhäute gereizt
• Brommethan
– extrem giftig -> Schädlingsbekämpfung (Begasung)
• Silberbromid
– Lichtempfindliche Substanz in Filmen
Brom im Alltag
42
Halonlöscher
• Bromchlordifluormethan (Gas)
• Effektiver Feuerlöscher
• Störung des Verbrennungsablauf
– Radikalkettenabbruchreaktion
• keine Löschschäden, Reinigungsarbeiten
-> Einsatz in Maschinen, Motoren, Flugzeugen
• Stark Ozon-schädigend -> Verboten
Brom im Alltag
43
Versuch 5
Brom aus Badesalz
Brom im Alltag
44
V5: Brom aus Badesalz
Totes Meer-Salz+ Wasser+ Chlorreiniger+ Heptan+ Schwefelsäure
Brom im Alltag
45
V5: Brom aus Badesalz
1 0 1
(aq)2(aq) (aq)(aq)
1 1 1
(aq) (aq)(aq
0
2
) (aq) (aq) 2
0
2
2 Br Cl 2 Cl
4 Br 2 ClO 4 H 2 Cl 2
Br
Or H2 B
• Zugabe des Chlorreinigers:
• Zugabe der Schwefelsäure:
• Br2 unpolar löst sich in Heptan -> obere Phase braun
Brom im Alltag
46
Iod
• altgriech: „ioeides“ = veilchenfarbig
• leicht sublimierbar, violette Dämpfe
• Feststoff (RT)
• grau-schwarz, metallisch-glänzende Schuppen
• stark reizend
• stark umweltgefährdend, keimtötend
Iod im Alltag
47
Iodverbindungen im Alltag
• Iod ist essentielles Spurenelement
• gebraucht für Schilddrüse
• Iodmangel -> „kropfkrank“
• gabe von Iodid-Tabletten
• Deutschland gehört zu jodärmsten Regionen Europas
• iodiertes Speisesalz (IO3-)
Iod im Alltag
48
Medizin
• Desinfektion
• Antiseptikum (Blutvergiftung)
• Antimykotikum (Pilzbekämpfung)
• I2 wirkt selbst desinfizierend, zusätzlich:
• Nukleare Unfälle -> Iodid-Tabletten
0 2 1 0
(aq) (aq) 2(aq)22 I 2 H O 4 H I O
Iod im Alltag
49
Versuch 6
Iod aus Meeresalgen
Iod im Alltag
50
V6: Iod aus Meeresalgen
Blechdose mit Löchern
Bunsenbrenner mit Dreifuß
Simon-Müller-Ofen
1000°C / 1 Std
Iod im Alltag
51
V6: Iod aus Meeresalgen
• Veraschung: I- und IO3- wird freigesetzt
• in Lösung bringen mit verd. Salzsäure
• Zugabe von Chlorwasser:
• I2 löst sich in Heptan -> violette Phase
0 1 1 0
(aq) 2(aq)2(aq) (aq)Cl 2 I 2 Cl I
Iod im Alltag
52
V6: Iod aus Meeresalgen
NH2
O
OH
I
I
OH
3,5-Diiodtyrosin
• Algin (Polysaccharid) strukturgebend in Braunalgen:
• Iodorganische Verbindung: Koralle „Gorgonia cavolonii“
Iod im Alltag
53
Schulrelevanz
• 8G.2 Halogene
– Verwendung und Eigenschaften
– Alltag und Technik (Chlor aus Sanitärreinigern)
• 10G Einführung in die Kohlenstoffchemie
– Umweltgefährung durch FCKW
• 10G Redoxreaktionen
– betrachten an Alltagsbeispielen
Schulrelevanz
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit