Chlor (von griechisch χλωρος (chlorós) = gelblich grün, wegen der gelbgrünen Farbe von Chlorgas) ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cl und der Ordnungszahl 17. Chlor gehört zur Gruppe der Halogene, der 7. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente.
| Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||
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| Allgemein | |||||||||||||||||||||||||
| Name, Symbol, Ordnungszahl | Chlor, Cl, 17 | ||||||||||||||||||||||||
| Serie | Halogene | ||||||||||||||||||||||||
| Gruppe, Periode, Block | 17 (VIIA), 3, p | ||||||||||||||||||||||||
| Aussehen | gelblich-grün | ||||||||||||||||||||||||
| Massenanteil an der Erdhülle | 0,19 % | ||||||||||||||||||||||||
| EG-Nr. | 231-959-5 | ||||||||||||||||||||||||
| CAS-Nr. | 7782-50-5 | ||||||||||||||||||||||||
| UN-Nummer | UN1017 | ||||||||||||||||||||||||
| Atomar | |||||||||||||||||||||||||
| Atommasse | 35,453 | ||||||||||||||||||||||||
| Atomradius (berechnet) | 100 (79) pm | ||||||||||||||||||||||||
| Kovalenter Radius | 99 pm | ||||||||||||||||||||||||
| van der Waals-Radius | 175 pm | ||||||||||||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [Ne]3s2 3p5 | ||||||||||||||||||||||||
| Elektronen pro Energieniveau | 2, 8, 7 | ||||||||||||||||||||||||
| Oxidationszustände (Oxide) | ±1, 3, 5, 7 (stark sauer) | ||||||||||||||||||||||||
| Normalpotential | 1,358 (Cl + e- → Cl-) | ||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativität | 3,16 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | orthorhombisch | ||||||||||||||||||||||||
| Physikalisch | |||||||||||||||||||||||||
| Aggregatzustand | gasförmig | ||||||||||||||||||||||||
| Dichte (Mohshärte) | 3,214 kg/m3 bei 273 K (-) | ||||||||||||||||||||||||
| Magnetismus | unmagnetisch | ||||||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 171,6 K (-101,5 °C) | ||||||||||||||||||||||||
| Siedepunkt | 239,11 K (-34,04 °C) | ||||||||||||||||||||||||
| Molares Volumen | 17,39 · 10-6 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||
| Verdampfungswärme | 10,2 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| Schmelzwärme | 3,203 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| Dampfdruck | 1300 Pa | ||||||||||||||||||||||||
| Schallgeschwindigkeit | - | ||||||||||||||||||||||||
| Verschiedenes | |||||||||||||||||||||||||
| Spezifische Wärmekapazität | 480 J/(kg · K) | ||||||||||||||||||||||||
| Elektrische Leitfähigkeit | - | ||||||||||||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | 0,0089 W/(m · K) | ||||||||||||||||||||||||
| 1. Ionisierungsenergie | 1251,2 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 2. Ionisierungsenergie | 2298 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 3. Ionisierungsenergie | 3822 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 4. Ionisierungsenergie | 5158,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 5. Ionisierungsenergie | 6542 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 6. Ionisierungsenergie | 9362 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 7. Ionisierungsenergie | 11018 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 8. Ionisierungsenergie | 33604 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 9. Ionisierungsenergie | 38600 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 10. Ionisierungsenergie | 43961 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| Isotope | |||||||||||||||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen. | |||||||||||||||||||||||||
Geschichte
Chlor wurde 1774 von Carl Wilhelm Scheele entdeckt. Humphry Davy entdeckte, dass Chlor ein Element ist. Vorher wurde es für ein Oxid gehalten.
Chlorgas wurde im ersten Weltkrieg in der Nähe der Stadt Ypern in Flandern als Giftgas eingesetzt, mit vielen Toten und zahlreichen, teilweise lebenslang, geschädigten Soldaten.
Vorkommen
Chlor existiert in der Natur, da es ein sehr reaktionsfreudiges Element ist, nicht in elementarer Form, sondern als Anion Cl- (Chlorid). Als Bestandteil von Salzen wie z. B. Natriumchlorid und Kaliumchlorid findet man es in vielen großen Salzlagerstätten auf der Welt. Chloride kommen zu ungefähr 0,05 % in der Erdkruste vor.
Gewinnung und Darstellung
Im großindustriellen Maßstab wird Chlor vorwiegend durch Elektrolyse einer Natriumchlorid-Lösung oder -Schmelze im so genannten Membran- bzw. Amalgamverfahren gewonnen. Als Ausgangsmaterial wird ebenso Salzsäure verwendet, die bei der Umsetzung von Chlor mit organischen Kohlenwasserstoffen entsteht. Diese kann mit Hilfe von elektrischem Strom wieder in Chlor umgewandelt werden.
- Reaktion von Kaliumpermanganat mit konz. Salzsäure
- Reaktion von Braunstein mit konz. Salzsäure
- Reaktion von Chlorkalk mit konz. Salzsäure
Das Produktionsvolumen von Chlor weltweit beträgt 2004 etwa 45 Millionen Tonnen.
Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Das gelbgrüne Chlor ist unter Normalbedinungen (1013,25 hPa, 0 °C) gasförmig . Es riecht stechend und ist in der Gefahrstoffliste als giftig eingestuft. Chlor ist in Wasser mäßig löslich. Die wässrige Lösung des Chlors nennt sich Chlorwasser (nicht etwa Salzsäure).
Chemische Eigenschaften
Chlor eignet sich besonders gut als Oxidationsmittel, da es im Periodensystem der Elemente ziemlich weit rechts zu finden ist. Chlor brennt nicht, ist aber eines der reaktionsfähigsten Elemente, was auf seine Stellung im PSE (Periodensystem der Elemente) zurückzuführen ist. Es reagiert bereits bei Normaltemperatur mit zahlreichen Elementen, vielen organischen und anorganischen Verbindungen zum Teil sehr heftig unter starker Wärmeentwicklung. Viele Salzbildungsreaktionen verlaufen unberechenbar, d.h. sie können entweder langsam und andauernd ablaufen, oder aber sie verlaufen explosiv, wobei der Zeitpunkt der Explosion nicht vorhersagbar ist.
In der Natur kommen 2 stabile Isotope von Chlor vor: 35Cl, welches ca. 75% des natürlichen Chlors ausmacht, und 37Cl.
Das natürlich vorkommende instabile Isotop 36Cl entsteht in der Atmosphäre bei der Wechselwirkung zwischen 36Ar und den Protonen der kosmischen Strahlung. Größere Mengen dieses Isotops entstanden auch bei der Bestrahlung von Meerwasser während der atmosphärischen Atomwaffenversuche zwischen 1952 und 1958. 36Cl besitzt eine Halbwertszeit von 301.000 Jahren und zerfällt unter β--Strahlung in 36Ar oder unter Elektroneneinfang in 36S.
Verwendung
Die hohe Oxidationsfreudigkeit von Chlor führte zum Einsatz von Chlor als Bleichmittel (beispielsweise Papierindustrie). In dieser Rolle wird es wegen seiner Umweltschädlichkeit immer mehr durch Wasserstoffperoxid ersetzt. Nicht wegzudenken ist Chlor wegen seiner Reaktionsfähigkeit in der chemischen Industrie, wo es in Endprodukten wie z. B. PVC, Bleichmittel und Salzsäure) anzutreffen ist. Chlor ist eine wichtige Grundchemikalie bei der Herstellung von Polyurethan und Polycarbonat.
Chlor wird als preiswertes Desinfektionsmittel für das Trinkwasser eingesetzt. Vorteilhaft gegenüber anderen Mitteln ist die so genannte Depot-Wirkung. D. h. nach der Zugabe im Wasserwerk wirkt es auch im Rohrleitungsnetz noch über längere Zeit desinfizierend.
Biologische Bedeutung
Physiologisch besitzt Chlor in Form von Chlorid als Mineralstoff eine große Bedeutung. Aufgenommen wird es über die Nahrung überwiegend in Form von Kochsalz (Natriumchlorid). Tagtäglich nimmt man zwischen 3 und 12 g Chlorid zu sich. Die Ausscheidung erfolgt über Niere und Schweiß.
Chlorid ist notwendig zur Produktion von Magensäure und zur Aufrechterhaltung der Osmose im Organismus.
Nachweis
Chlorgas kann mit Hilfe von Ammoniak nachgewiesen werden. Ein 10%ige Ammoniaklösung wird einfach in eine kleine Plastikflasche gefüllt mit einem kleinen Loch im Deckel. Drückt man auf die Plastikflasche entsteht ein weißer Nebel wenn Chlorgas vorhanden ist.
Sicherheitshinweise
Gesundheitsgefährdung
Giftig beim Einatmen.
Das Gas wirkt sehr stark reizend auf die Atemwege, aber auch auf Augen, Haut und die Verdauungswege. Lungenschäden, bei chronischer Einwirkung auch Herz- und Kreislaufschäden sind auch nach anfänglicher Beschwerdefreiheit möglich. Flüssiges Chlor wirkt auf die Haut stark ätzend. Chlorwasser führt zu Reizungen und langwierigen Ekzemen ([[Perna-Krankheit, bei entsprechender Disposition Chlor-Akne).
Chlorkonzentrationen von etwa 0,5 % in der Atemluft sind für den Menschen tödlich. 0,001 % Chlor in der Atemluft haben bereits erste pathologische Wirkungen zur Folge. Der maximale Arbeitsplatzgrenzwert in Deutschland (TRGS 900, Luftgrenzwert) liegt zur Zeit bei 0,5 ppm bzw. 1,5 mg pro Kubikmeter Luft.
Schutzmaßnahmen und Verhaltensregeln (bei der Wasserchlorung)
Behälter dicht geschlossen an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren. Bei Betreten des Chlorgasraumes immer Fluchtfilter mitführen. Flaschen und Anlageteile vor offenen Flammen, Wärme und Sonneneinstrahlung sowie besonders vor Feuchtigkeit schützen. Festsitzende Armaturen nicht mit Gewalt öffnen, Ventile usw. nur ohne Hilfsmittel betätigen. Rohrleitungen oder festsitzende Ventile nicht auf Temperaturen über 50 °C erwärmen. Bei Chlorgasalarm Raum/Bereich nicht mehr betreten. Liegen unklare Verhältnisse vor, darf der Raum/Bereich nur mit umgebungsluftunabhängigen Atemschutzgerät und dichtschließenden Chemieschutzanzug betreten werden (Feuerwehr). Chlorgasflaschenwechsel darf nur unter Atemschutz (bei Chlorflaschen: Vollmaske mit Filter B2 Kennfarbe grau oder besser, bei Chlorfässern: umluftunabhängiges Atemschutzgerät) erfolgen, Schutzhandschuhe tragen. Der Filter wird bei einem Chlorgasausbruch nach ca. 30 Sekunden unwirksam, er wird nur als Fluchtfilter benutzt. Dichtigkeit der Armaturen nach jedem Chlorgasflaschenwechsel und sonst wöchentlich mit Prüfreagenz (Ammoniaklösung) kontrollieren (Bildung eines weißen Nebels bei Undichtigkeit). Chlorgasflaschen gegen Umstürzen sichern (Bügel oder Kette). Die Wasservorlage im Bodenablauf wöchentlich prüfen und ggf. auffüllen. Unbenutzte Flaschen sowie Flaschen für den Transport mit Ventilschutzmutter und Ventilschutzkappe sichern.
Erste Hilfe
Allgemein: Verunreinigte Kleidung sofort entfernen.
Nach Einatmen: Frischluft zuführen, ggf. Atemspende, Ruhe, Wärme, Atemwege freihalten. Falls vorhanden Beclometason-Spray (z.B. Ventolair) verabreichen. Keinen Alkohol zuführen. Schnellstmöglicher Transport zum Arzt auch bei momentaner Beschwerdefreiheit in halbsitzender Haltung.
Nach Hautkontakt: Sofort mit Seife und viel Wasser waschen und steril verbinden (Brandwundentuch). Sofortiger Transport zum Arzt.
Nach Augenkontakt: Mit Augendusche oder unter fließendem Wasser 10 bis 15 Minuten bei gut geöffneten Lidspalt spülen. Danach Verletzten sofort augenärztlich behandeln lassen.
Verbindungen
- Chlorwasserstoff
- Hypochlorige Säure
- Kaliumchlorid
- Natriumchlorid
- Lithiumchlorid
- Natriumhypochlorit
- Fluorchlorkohlenwasserstoff
- Chlororganische Verbindungen