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Chlor

Chlor ist ein chemisches Element, das in seiner gasförmigen Form ein stechend riechendes und äußerst giftiges Gas ist. Es kommt in vielen Alltagsprodukten wie Trinkwasser und Schwimmbädern, sowie Desinfektionsmittel vor. Wie es Steinsalz durch Chloralkali-Elektrolyse gewonnen wird und welche chemischen Verbindungen es generieren, findest du im folgenden Artikel.

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André Otto
Chlor
lernst du in der Sekundarstufe 2. Klasse - 3. Klasse

Grundlagen zum Thema Chlor

Chlor in der Chemie

Chlor ist das chemische Element mit dem Symbol $\ce{Cl}$. Es ist ein sehr reaktionsfreudiges, stechend riechendes und sehr giftiges Gas. Früher wurde es sogar als Giftgas eingesetzt! Im Ersten Weltkrieg starben deswegen viele Soldaten an einer Chlorvergiftung. Trotz seiner Giftigkeit treffen wir im Alltag ständig auf Chlor. So wird beispielsweise Trinkwasser und Schwimmbadwasser durch Chlorung desinfiziert. Übrigens: Unser Kochsalz ist eine Chlorverbindung und es dient sogar der Herstellung von Chlor.

Als Gas bildet das Element Chlor zweiatomige Moleküle, deshalb wird es in chemischen Reaktionen mit der Summenformel $\ce{Cl2}$ geschrieben.

Chlor
Chlor

Chlorgas hat eine grünlich-gelbe Farbe, bei flüssigem Chlor geht die Farbe noch mehr ins Grüne.

Chlor – Steckbrief

Chlor ist das Element mit der Ordnungszahl $17$ und ist im Periodensystem der Elemente in der $\text{VII.}$ Hauptgruppe zu finden. Es gehört damit zu den Halogenen. Einige Eigenschaften von Chlor haben wir in einem kurzen Steckbrief zusammengefasst:

Steckbrief von Chlor
Elementsymbol $\ce{Cl}$
Ordnungszahl $17$ (VII. Hauptgruppe, 3. Periode)
Atommasse von $\ce{Cl}$ $35{,}45\,\frac{\text{g}}{\text{mol}}$
molare Masse von $\ce{Cl2}$ $70{,}91\,\frac{\text{g}}{\text{mol}}$
Elektronegativität $3,16$ (nach Pauling)
Dichte $\rho$ $3{,}2\,\frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$ (unter Normalbedingungen)
Schmelzpunkt (Smp.) ${-}101{,}5\,^\circ\text{C}$ (bei Normaldruck)
Siedepunkt (Sdp.) ${-}34{,}6\,^\circ\text{C}$ (bei Normaldruck)
Erscheinung gelb-grüne Dämpfe (unter Normalbedingungen)

Chlor – Eigenschaften

Chlor liegt im Chlorgas nicht atomar vor, sondern als zweiatomiges Molekül $\left( \ce{Cl2} \right)$. Als solches kann es auch mit der folgenden Strukturformel dargestellt werden:

${\vert{\overline{\underline{\ce{Cl}}}}}-{{\overline{\underline{\ce{Cl}}}} \vert}$

Da einzelne Chloratome sieben Außenelektronen haben $\left( {\vert{\overline{\underline{\ce{Cl}}}\,\color{red}{\cdot}}} \right)$, verfügen sie über ein ungepaartes Elektron und sind damit Radikale. Als solche reagieren sie sofort unter Ausbildung einer Elektronenpaarbindung zum $\ce{Cl2}$-Molekül:

${\vert{\overline{\underline{\ce{Cl}}}\,\color{red}{\cdot}}} + {{{\color{red}\cdot}\,\overline{\underline{\ce{Cl}}}} \vert} \longrightarrow {\vert{\overline{\underline{\ce{Cl}}}}}{\color{red}-}{{\overline{\underline{\ce{Cl}}}} \vert}$

Die Elektronenpaarbindung der Chloratome kann unter bestimmten Bedingungen relativ leicht getrennt werden, wodurch wieder Chlorradikale entstehen. Deshalb ist Chlor ein sehr reaktives Element, das mit vielen anderen Stoffen chemische Reaktionen eingeht.

Weitere Eigenschaften von Chlor sind:

  • Der Name Chlor leitet sich von dem griechischen Wort chlōrós ab, was soviel wie hellgrün oder gelbgrün bedeutet – das ist die typische Farbe von Chlorgas.
  • Wie alle Halogene bildet Chlor Salze, indem es sich mit Metallen verbindet. Halogen heißt nichts anderes als Salzbildner.
  • In der Natur kommt Chlor hauptsächlich in Form von Chloriden, also Chlorsalzen, vor. Das bekannteste Chlorsalz ist sicherlich Kochsalz, das ist Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$.
  • Elementares Chlor lässt sich relativ leicht verflüssigen und bildet bei sehr tiefen Temperaturen gelbe Kristalle.
  • Chor ist nach Fluor und Sauerstoff das Element mit der drittgrößten Elektronegativität (mit einem Wert von $3{,}16$ nach Pauling).
  • Chlor tritt in Verbindungen meist mit der Oxidationszahl $\text{-I}$ auf, kann aber (v. a. in Verbindung mit Sauerstoff) auch positive Oxidationszahlen bis $\text{+VII}$ annehmen.
  • In Wasser gelöstes Chlor wirkt in geringen Konzentrationen desinfizierend. Chlorgas ist hingegen sehr giftig.
  • Mit Wasserstoff reagiert Chlor zu Chlorwasserstoff $\left( \ce{HCl} \right)$, was unter Normalbedingungen ebenfalls ein Gas ist. In Wasser gelösten Chlorwasserstoff nennt man Salzsäure.
  • Mit Wasserstoff und Sauerstoff kann Chlor verschiedene Säuren bilden, z. B. Chlorsäure $\left( \ce{HClO3} \right)$ oder Perchlorsäure $\left( \ce{HClO4} \right)$.

Besonders heftig reagiert Chlor mit Wasserstoff $\left( \ce{H2} \right)$. Es kommt zu einer explosionsartigen Verbrennung, ähnlich wie bei der Reaktion zwischen Sauerstoff und Wasserstoff, der Knallgasreaktion. Deshalb spricht man bei Chlor von der Chlorknallgasreaktion:
$\ce{Cl2 + H2 -> 2 HCl}$
Dabei entsteht Chlorwasserstoff $\left( \ce{HCl} \right)$, der in gelöster Form Salzsäure genannt wird. Die Reaktion ist stark exotherm, es wird also eine große Menge Energie freigesetzt.

Isotope von Chlor

Bei Chloratomen gibt es, wie bei allen Elementen, verschiedene Isotope – also Atome mit gleicher Protonenzahl ($17$ im Fall von Chlor), aber unterschiedlicher Neutronenzahl. Das häufigste in der Natur vorkommende Chlor-Isotop ist $\ce{^{35}Cl}$, also das Chloratom mit $18$ Neutronen ($35$ Nukleonen $-$ $17$ Protonen $=$ $18$ Neutronen). Das zweithäufigste Chlor-Isotop ist $\ce{^{37}Cl}$, welches ebenfalls stabil ist. Daneben tritt noch das instabile $\ce{^{36}Cl}$-Isotop in Spuren in der Atmosphäre auf.

Chlorvergiftung

Chlor ist in seiner elementaren Form hochgiftig. Da es so reaktiv ist, zerstört es Mikroorganismen (z. B. Bakterien), greift aber auch tierisches und pflanzliches Gewebe an.
Das Einatmen von Chlor kann schon bei relativ geringen Konzentrationen in der Atemluft $\left( 0{,}5-1\,\% \right)$ tödlich sein.
Das heißt aber nicht, dass Chlor in jeder Form giftig ist. Das Chlorid-Ion $\left( \ce{Cl-} \right)$, wie es beispielsweise im Kochsalz $\left( \ce{NaCl} \right)$ vorkommt, ist für uns überlebenswichtig. Es übernimmt viele wichtige Funktionen in unseren Zellen. Und in Form von Salzsäure $\left( \ce{HCl}_{\text{(aq)}} \right)$ ist es ein wichtiger Bestandteil unserer Magensäure.

Und was ist mit dem Chlor im Wasser von Schwimmbädern? Bei der sogenannten Chlorung wird das Wasser mit Chlor $\left( \ce{Cl2} \right)$ oder Chlorverbindungen wie Chlordioxid $\left( \ce{ClO2} \right)$ oder Natriumhypochlorit $\left( \ce{NaClO} \right)$ in geringen Konzentrationen versetzt. Das im Wasser gelöste Chlor reagiert dann zu Hypochloriger Säure $\left( \ce{HClO}_{\text{(aq)}} \right)$ und Salzsäure $\left( \ce{HCl}_{\text{(aq)}} \right)$:

$\ce{Cl2 + H2O -> HClO + HCl}$

In einer weiteren Reaktion entsteht dann das Hypochlorit-Ion $\left( \ce{ClO^-} \right)$, das für die desinfizierende Wirkung verantwortlich ist:

$\ce{HClO + H2O -> ClO^- + H3O^+}$

Dabei gibt es festgelegte Grenzwerte, die streng überwacht werden. Es kommt also auf die Konzentration an. So können Chlor und Chlorverbindungen einerseits in scharfen Desinfektions- oder Bleichmitteln eingesetzt werden, andererseits kann damit auch Trinkwasser aufbereitet, also von Keimen befreit werden.

Der typische Chlorgeruch in Schwimmbädern ist vielleicht ein bisschen lästig, aber du brauchst dir keine Sorgen zu machen. Die Konzentration von Chlor in der Atemluft ist so gering, dass keine gesundheitsschädigenden Folgen zu befürchten sind. Trinken solltest du das Schwimmbadwasser allerdings nicht unbedingt – zumindest nicht in großen Mengen.

Übrigens entsteht der Chlorgeruch erst, wenn Chlor mit verschiedenen Stoffen auf der Haut von Badegästen zu Chloraminen reagiert. Diese Chloramine sind auch für die Rötung der Augen verantwortlich, die du nach einigen Tauchgängen bekommen kannst.

Chlor im Periodensystem

Chlor ist das Element mit der Ordnungszahl $17$. Es steht im Periodensystem der Elemente in der $\text{VII.}$ Hauptgruppe (der Gruppe der Halogene) und in der 3. Periode (unter Fluor). Es zählt zu den Nichtmetallen. Als Element der $\text{VII.}$ Hauptgruppe hat Chlor sieben Valenzelektronen, darunter ein ungepaartes Elektron. Ein einzelnes Chloratom ist damit ein Radikal. Das sieht in der Lewis‑Schreibweise so aus:

${\vert{\overline{\underline{\ce{Cl}}}\,\color{red}{\cdot}}}$

In chemischen Reaktionen mit anderen Elementen nimmt das Chloratom meist ein Elektron auf. In Verbindungen mit elektronegativeren Elementen (Fluor oder Sauerstoff) gibt es hingegen bis zu sieben Elektronen ab. Chlor kann in Verbindungen mit den Oxidationszahlen $\text{-I}$, $\text{+I}$, $\text{+III}$, $\text{+IV}$, $\text{+V}$, $\text{+VI}$ und $\text{+VII}$ auftreten. In den meisten seiner Verbindungen tritt Chlor aber in der Oxidationszahl $\text{-I}$ auf.

Vorkommen von Chlor

Chlor kommt auf der Erde meist in Form des Chlorid-Ions $\left( \ce{Cl-} \right)$ in Chlorid-Salzen vor. Am bekanntesten ist das Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$, das du sicher als Kochsalz kennst. Es kommt in Form von Steinsalz in der Erdkruste und als Meersalz in den Ozeanen vor. Daneben gibt es noch weitere Vorkommen von Chlor:

  • Es gibt viele Minerale, die Chlorid-Salze enthalten. Das Mineral Halit ist reines Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$, Sylvin ist reines Kaliumchlorid $\left( \ce{KCl} \right)$. Aber auch Chloride mit anderen Metallen (und Mischungen davon) kommen in der Natur vor.
  • Elementares Chlorgas ist in geringen Mengen in der Erdatmosphäre vorhanden. Es wird mitunter von Vulkanen ausgestoßen – aber auch von Menschen hergestelltes Chlor oder Chlorverbindungen finden den Weg in die Atmosphäre. Chlor und Chlorradikale in der Ozonschicht haben wesentlich zur Bildung des Ozonlochs beigetragen.
  • Einige Meereslebewesen wie Seetang, Schwämme oder Korallen nehmen Meersalz auf und wandeln das Chlorid in verschiedene chlororganische Verbindungen um, also Verbindungen, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Chlor enthalten.
  • Chlorid-Ionen spielen auch im menschlichen Körper eine lebenswichtige Rolle. Sie sind beispielsweise zur Regelung des Wasserhaushalts und zum Ausgleich elektrischer Ladungen in Zellen unerlässlich. In unserer Magensäure kommt Chlor in Form von Salzsäure, also gelöstem Chlorwasserstoff $\left( \ce{HCl} \right)$, vor.
  • Chlorwasserstoff $\left( \ce{HCl} \right)$ ist die wichtigste Chlorverbindung. Als Salzsäure, also in wässriger Lösung, hat der Stoff eine immense Bedeutung für viele technische Anwendungen – auch zur Herstellung vieler weiterer Stoffe in der chemischen Industrie.

Der deutsch-schwedische Apotheker und Chemiker Carl Wilhelm Scheele stellte elementares Chlor bereits im Jahr $1774$ her. Scheele versetzte Braunstein, das ist Mangan(IV)-oxid $\left( \ce{MnO2} \right)$, mit Salzsäure $\left( \ce{HCl}_{\text{(aq)}} \right)$. Dabei bildete sich neben Mangan(II)-chlorid $\left( \ce{MnCl2} \right)$ und Wasser $\left( \ce{H2O} \right)$ auch das stechend riechende Chlorgas $\left( \ce{Cl2} \right)$:

$\ce{MnO2 + 4 HCl -> MnCl2 + 2 H2O + Cl2}$

Allerdings wurde erst im Jahr $1808$ vom englischen Chemiker Humphry Davy erkannt, dass es sich bei dem Gas um ein eigenständiges chemisches Element handelt. Aufgrund der gelbgrünen Farbe des Gases gab er dem Element den Namen Chor (chlōrós = hellgrün).

Reaktionen mit Chlor

Chlor ist ein sehr reaktionsfreudiges chemisches Element. Einige besonders wichtige Arten von Reaktionen sehen wir uns im Folgenden genauer an.

  • Reaktionen mit Metallen:
    Chlor reagiert mit allen Metallen. Dabei werden Salze gebildet, die Metallchloride. Sogar das Edelmetall Gold $\left( \ce{Au} \right)$ reagiert mit Chlor. Dabei entsteht Gold(III)-chlorid $\left( \ce{AuCl3} \right)$:
    $\ce{2 Au + 3 Cl2 -> 2 AuCl3}$
  • Reaktionen mit Nichtmetallen:
    Chlor reagiert mit den meisten Nichtmetallen. Auch hier stellt es meist den elektronegativeren Reaktionspartner dar. Eine typische Reaktion ist diejenige mit Phosphor $\left( \ce{P} \right)$, bei der Phosphortrichlorid $\left( \ce{PCl3} \right)$ entsteht:
    $\ce{2 P + 3 Cl2 -> 2 PCl3}$
  • Reaktionen mit organischen Verbindungen:
    Chlor kann auch mit organischen Verbindungen reagieren, also mit Kohlenwasserstoffen und deren Derivaten. Aus Chlor und Methan $\left( \ce{CH4} \right)$ bildet sich beispielsweise Monochlormethan $\left( \ce{CH3Cl} \right)$, das auch Methylchlorid genannt wird:
    $\ce{CH4 + Cl2 -> CH3Cl + HCl}$
    Bei dieser Reaktion wird außerdem Chlorwasserstoff $\left( \ce{HCl} \right)$ freigesetzt.

Chlor kommt also in einer ganzen Reihe von Verbindungen vor. Diese lassen sich in folgende Gruppen einteilen:

  • Halogenkohlenwasserstoffe: Das sind organische Chlorverbindungen, die sich hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff und einem Halogen – in diesem Fall Chlor – zusammensetzen. Typische Vertreter sind Chloralkane und Chloralkene. Solche Verbindungen können künstlich synthetisiert werden, aber auch biogen entstehen, also von Lebewesen produziert werden. Das einfachste Beispiel ist Methylchlorid $\left( \ce{CH3Cl} \right)$.
  • Chlorwasserstoff: Es handelt sich streng genommen nur um eine einzige chemische Verbindung aus Chlor und Wasserstoff. Diese ist allerdings sehr wichtig und kommt häufig in der Chemie zum Einsatz. Vor allem in wässriger Lösung, also sogenannte Salzsäure $\left( \ce{HCl}_{\text{(aq)}} \right)$, ist Chlorwasserstoff von immenser Bedeutung.
  • Halogenide: Damit sind üblicherweise Salze gemeint, die sich aus einem Metall und einem Halogen – in diesem Fall Chlor – zusammensetzen. Das bekannteste Beispiel ist Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$. Aber auch Chlorverbindungen mit Nichtmetallen werden oft als Chloride bezeichnet, wie das bereits angesprochene Phosphortrichlorid $\left( \ce{PCl3} \right)$. Streng genommen liegt hier das Chloratom jedoch nicht als Chlorid-Ion $\left( \ce{Cl-} \right)$ vor, denn Nichtmetalle verbinden sich untereinander nicht ionisch, sondern kovalent.
  • Chloroxide: Diese stellen eine besondere Gruppe der Chlorverbindungen mit anderen Nichtmetallen dar. Denn Sauerstoff ist verglichen mit Chlor das elektronegativere Element, deshalb nimmt hier das Chlor nicht die Oxidationsstufe $\text{-I}$ an, sondern kann mehrere verschiedene positive Oxidationsstufen annehmen. So gibt es beispielsweise Dichloroxid $\left( \ce{Cl2O} \right)$ und Chlordioxid $\left( \ce{ClO2} \right)$. In ersterem hat Chlor die Oxidationsstufe $\text{+I}$, in zweiterem die Oxidationsstufe $\text{+IV}$. Sauerstoff hat dabei stets die Oxidationsstufe $\text{-II}$.
  • Chlorsauerstoffsäuren: Das sind Verbindungen aus Wasserstoff, Chlor und Sauerstoff, die Eigenschaften einer Säure haben, ähnlich wie die zuvor genannte Salzsäure. Da hier allerdings Sauerstoff beteiligt ist, nimmt Chlor wieder positive Oxidationsstufen an. Es gibt Chlorsäure $\left( \ce{HClO3} \right)$, Perchlorsäure $\left( \ce{HClO4} \right)$, Chlorige Säure $\left( \ce{HClO2} \right)$ und Hypochlorige Säure $\left( \ce{HClO} \right)$. Die dazugehörigen Salze (die mit Metallen anstelle des Wasserstoffs gebildet werden) heißen Chlorate, Perchlorate, Chlorite und Hypochlorite.

Übung zu den Reaktionen mit Chlor

Das Metall Magnesium reagiert mit Salzsäure zu einem Salz und Wasserstoff. Wie lautet die Reaktionsgleichung und welchen Namen hat das entstehende Salz?

Herstellung von Chlor

Chlor zählt zu den wichtigsten Grundchemikalien. Weltweit werden jedes Jahr viele Millionen Tonnen produziert. In Deutschland werden rund $5$ Mio. Tonnen Chlor pro Jahr hergestellt.

Chlor wird aus Steinsalz, chemisch Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$, gewonnen. Das technisch dafür genutzte Verfahren ist die Chloralkali-Elektrolyse. Dabei finden an Elektroden – der negativ geladenen Kathode und der positiv geladenen Anode – elektrochemische Reaktionen statt.
Chlor entsteht in einer elektrochemischen Reaktion an der positiv geladenen Anode.

Anfangs wird das Steinsalz in Wasser gelöst. In wässriger Lösung dissoziiert das Salz $\ce{NaCl}$ in die Kationen $\ce{Na+}$ und die Anionen $\ce{Cl-}$:

$\ce{NaCl \xrightarrow{\ce{H2O}} Na^+ + Cl^-}$

Die positiv geladenen Natrium-Ionen $\left( \ce{Na+} \right)$ wandern in Richtung der negativ geladenen Kathode. Durch Aufnahme von Elektronen entsteht Natrium, das mit Wasser zu Natronlauge $\left( \ce{NaOH}_{\text{(aq)}} \right)$ reagiert.
Die negativ geladenen Chlorid-Ionen $\left( \ce{Cl-} \right)$ wandern zu der positiv geladenen Anode. Dort geben sie unter Bildung elementarer Chloratome Elektronen $\left( \ce{e-} \right)$ ab und es entsteht zunächst atomares Chlor:

$\ce{Cl^- -> Cl + e^-}$

Jeweils zwei Chloratome verbinden sich dann zu einem Chlormolekül:

$\ce{2 Cl -> Cl2}$

Technisch wird bei der Chloralkali-Elektrolyse zumeist das Diaphragmaverfahren eingesetzt, in jüngerer Zeit auch das Membranverfahren. Beim Diaphragmaverfahren trennt ein für die Natrium- und Chlorid-Ionen durchlässiges Diaphragma aus Asbest oder Teflon den Kathodenraum vom Anodenraum. Beim Membranverfahren ist die trennende Membran nur für Natrium-, nicht aber für Chlorid-Ionen durchlässig. So entsteht im Kathodenraum eine besonders reine Natronlauge.

Nachweis von Chlor

Chlor erkennt man an dem typischen stechenden Geruch, allerdings ist das Gas giftig und sollte nicht direkt eingeatmet werden. Ein chemischer Nachweis des Elements ist die Reaktion mit einem Iodid, z. B. Kaliumiodid $\left( \ce{KI} \right)$ oder Natriumiodid $\left( \ce{NaI} \right)$ in Lösung. Denn durch Chlor können Iodid-Ionen zu elementarem Iod $\left( \ce{I2} \right)$ oxidiert werden:

$\ce{Cl2 + 2 I^- -> 2 Cl^- + I2}$

Die violette Färbung, die dem elementaren Iod zuzuordnen ist (bräunlich auf Filterpapier), ist ein deutliches Zeichen für die Reaktion mit Chlor.

Chlorid-Ionen $\left( \ce{Cl-} \right)$ lassen sich mithilfe von Silber-Ionen $\left( \ce{Ag+} \right)$ nachweisen, denn mit diesen bilden sie Silberchlorid $\left( \ce{Ag+} \right)$, ein schwerlösliches Salz. Dieses fällt beispielsweise in einer Silbernitrat-Lösung $\left( \ce{AgNO3}_{\text{(aq)}} \right)$ mit Chlorid-Ionen als weißer Niederschlag aus:

$\ce{Cl^- + AgNO3 -> AgCl \downarrow + NO3^-}$

In ähnlicher Weise bilden Silber-Ionen allerdings auch mit Iodid- oder Bromid-Ionen schwerlösliche Salze und damit einen Niederschlag. Um welches Halogen es sich letztendlich handelt, kann anhand der Färbung des Niederschlags entschieden werden.

Verwendung von Chlor

Chlor und vor allem Chlorverbindungen können vielseitig verwendet werde:

  • Salzsäure bzw. Chlorwasserstoff $\left( \ce{HCl} \right)$ ist die technisch wichtigste Chlorverbindung. Ihre Salze sind die Chloride, beispielsweise Kupfer(I)-chlorid $\left( \ce{CuCl} \right)$ und natürlich Natriumchlordid $\left( \ce{NaCl} \right)$, also Kochsalz. Salzsäure und ihre Salze sind unverzichtbare Grundstoffe für die Herstellung vieler verschiedener Chemikalien. Kochsalz ist für uns Menschen und für unzählige andere Lebewesen überlebenswichtig.

  • Chlorsalze, die sogenannten anorganischen Chloride, werden in zahlreichen Prozessen verwendet. Besonders wichtig sind beispielsweise Titan(IV)-chlorid $\left( \ce{TiCl4} \right)$, Aluminiumchlorid $\left( \ce{AlCl3} \right)$ und Siliciumchlorid $\left( \ce{SiCl4} \right)$. Aus Titanchlorid wird elementares Titan gewonnen. Aluminiumchlorid und Siliciumchlorid werden in der organischen Synthese, also zur Herstellung organischer Verbindungen, benötigt.

  • Vinylchlorid, auch Chlorethen $\left( \ce{CH2=CHCl} \right)$ genannt, ist eine der bedeutendsten organischen Chlorverbindungen und dient zur Herstellung des Kunststoffs Polyvinylchlorid, besser bekannt unter der Abkürzung PVC.
    Es gibt viele weitere organische Verbindungen, die Chlor enthalten. Darunter fällt auch das extrem giftige Tetrachloridbenzodioxin, kurz TCDD. Dieses kann als Umweltschadstoff bei Verbrennungsprozessen entstehen.

Strukturformel von TCDD
Dioxin
  • Sogenannte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) waren früher weit verbreitete Treibgase, Kältemittel und Lösungsmittel. Ihre Verwendung wurde allerdings stark eingeschränkt, nachdem bekannt wurde, dass sie als Gase in der Atmosphäre ganz wesentlich für die Zerstörung der Ozonschicht und das sogenannte Ozonloch verantwortlich sind.
  • Desinfektionsmittel sind oft Chlorverbindungen. So wird Chlor für die Chlorung von Wasser verwendet. Die dabei im Wasser entstehende Hypochlorige Säure $\left( \ce{HOCl} \right)$ zersetzt sich zu Chlorwasserstoff $\left( \ce{HCl} \right)$ und atomarem Sauerstoff $\left( \ce{O} \right)$, der desinfizierend wirkt:
    $\ce{Cl2 + H2O -> HOCl + HCl}$
    $\ce{HOCl -> HCl + O}$
    Ein weiteres wichtigiges Desinfektionsmittel ist Chlorkalk, das ist Calciumhypochlorid $\left( \ce{CaCl(OCl)} \right)$. Es entsteht aus der Reaktion von Löschkalk, also Calciumhydroxid $\left( \ce{Ca(OH)2} \right)$ mit Chlor:
    $\ce{Ca(OH)2 + Cl2 -> CaCl(OCl) + H2O}$
    Desinfektionsmittel werden zur Reinigung, insbesondere in der Medizin, eingesetzt. Die Chlorung von Wasser wird in Schwimmbädern angewendet, aber auch bei der Abwasserreinigung und der Aufbereitung von Trinkwasser.

  • Auch als Bleichmittel spielen Chlor und Chlorkalk eine wichtige Rolle.

  • Chlorgas und andere Chlorverbindungen können aufgrund ihrer Toxizität auch als chemische Kampfstoffe eingesetzt werden. Dies ist beispielsweise im Ersten Weltkrieg geschehen. Heute sind solche Chemiewaffen international geächtet. Einige Chlorverbindungen werden aber noch als Pestizide verwendet.

  • Chlorverbindungen kommen auch in pharmazeutischen Produkten vor. Das zeigt die Vielseitigkeit dieses sehr reaktionsfreudigen Elements.

Zusammenfassung von Chlor

  • Chlor ist das Element mit der Ordnungszahl $17$. Es gehört zu den Nichtmetallen und bildet unter Normalbedingungen ein zweiatomiges Molekül $\left( \ce{Cl2} \right)$.
  • Chlor ist ein Halogen. Als solches ist es sehr reaktionsfreudig. Es bildet Chlorwasserstoff $\left( \ce{HCl} \right)$ und die entsprechenden Salze, z. B. Kochsalz, also Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$.
  • Elementares Chlor ist hochgiftig. In geringen Mengen und in entsprechenden Verbindungen kann es als wirksames Desinfektionsmittel eingesetzt werden, z. B. bei der Chlorung von Wasser.
  • Chlor und Chlorverbindungen sind vielseitig einsetzbar. Auch organische Chlorverbindungen wie der Kunststoff PVC spielen eine große Rolle in vielen Alltagsanwendungen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Chlor

Was ist Chlor?
Wie schnell baut sich Chlor ab?
Was passiert, wenn man Chlor trinkt?
Welche Chlorverbindungen gibt es?
Für was ist Chlor gut?
Wie wirkt sich Chlor auf den Körper aus?
Wie reagiert Chlor mit Wasser?
Ist Chlor schädlich für den Menschen?
Was wird mit Chlor hergestellt?
Wo wird Chlor im Haushalt verwendet?
Was ist das Besondere an Chlor?
Teste dein Wissen zum Thema Chlor!

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Vorschaubild einer Übung

Transkript Chlor

Guten Tag und herzlich willkommen.  In diesem Video befassen wir uns noch einmal mit den Halogenen, den Elementen der siebten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Wir sprechen heute über Chlor: Cl.  Die Entdeckung des Chlors: Chlor wurde 1774 entdeckt, sein Entdecker war der schwedische Apotheker und Chemiker Carl Wilhelm Scheele. Scheele stellte Chlor aus Braunstein und Salzsäure her: MnO2+4HCL->MnCl2+2H2O+Cl2. Braunstein ist Mangan(4)-oxid, ein Reaktionsprodukt ist Mangan(2)-chlorid. Eigenschaften des Chlors: Bei Chlor handelt es sich um ein typisches Nichtmetall. Bei Raumbedingungen ist Chlor ein Gas mit gelbgrüner Farbe, verflüssigtes Chlor ist grün. Chlor hat eine relativ niedrige Siedetemperatur von -34°C. Schon bei verhältnismäßig geringem Druck von 6,7 bar wird Chlor flüssig, man kann es daher sehr gut in Stahlflaschen oder Kesselwagen transportieren. Die Dichte des Chlors beträgt etwa 3g/l. Das bedeutet, dass Chlor etwa 2 1/2 Mal schwerer als Luft ist. Als typisches Nichtmetall stellt Chlor eine Molekülverbindung dar. Wie entsteht diese? Nehmen wir an, wir haben zwei Chloratome, links und rechts, so bildet sich aus den beiden Chloratomen Cl das Teilchen Cl2, ein Chlormolekül. Schreibt man die Chloratome ausführlicher, mit allen ihren Außenelektronen, so muss man an jedem Chloratom 7 Außenelektronen schreiben. 6 Außenelektronen werden durch Paare Bindungsstriche verdeutlicht. Das 7. Außenelektron ist jeweils nicht gepaart. Daher spricht man auch von Chlorradikalen. Die ungepaarten Außenelektronen, jetzt rot, spielen eine besondere Bedeutung bei der chemischen Bindung, sie vereinigen sich zu einem Elektronenpaar und es entsteht das Chlormolekül. Die neue entstandene Bindung wird durch den roten Bindungsstrich verdeutlicht. Genaueres zur chemischen Bindung erfahrt ihr in den Videos Lewisformel. Chlor ist ein sehr reaktionsfreudiges chemisches Element. Es reagiert mit Metallen wie zum Beispiel Gold. Das Reaktionsprodukt ist ein Salz, Gold(3)-chlorid. Chlor reagiert mit Nichtmetallen, wie zum Beispiel Phosphor. 2P+3Cl2->2PCl3. Es bildet sich Phosphortrichlorid. Chlor reagiert mit organischen Verbindungen wie Kohlenwasserstoffen, zum Beispiel: CH4+Cl2->Ch3Cl+HCl. Es entstehen Monochlormethan und Chlorwasserstoff. Herstellung von Chlor: Chlor wird aus Steinsalz gewonnen, NaCl. Um aus der chemischen Verbindung Natriumchlorid (NaCl) Chlor zu erhalten, verwendet man die Chloralkalielektrolyse. Speziell wendet man dabei das Diaphragmaverfahren und in letzter Zeit das Membranverfahren an. Zunächst wird Natriumchlorid (NaCl) in Wasser gebracht, dabei dissoziiert es. NaCl dissoziiert in wässriger Lösung in Na++Cl-. Die Chloridionen Cl- wandern an die positiv geladene Elektrode, die Anode. Dort verlieren sie gemäß Cl->Cl+e- ein Elektron. Für den nächsten Reaktionsschritt muss man die Teilchenzahl dieser Reaktion verdoppeln. Anschließend reagieren 2 Chloratome zu 1 Chlormolekül. 2Cl->Cl2. Verbindungen des Chlors: Eine wichtige Chlorverbindung ist Salzsäure, HCl. Ein Salz der Salzsäure ist Kupfer(1)-chlorid. Die Salze der Salzsäure heißen Chloride. Es gibt eine große Zahl organischer Verbindungen, die Chlor enthalten. Als Beispiel möchte ich Dioxin nennen. Dioxin ist extrem giftig und ein Umweltschadstoff.  Verwendung von Chlor: Chlor ist eine Grundchemikalie. In der Bundesrepublik Deutschland wurden zum Beginn des 21. Jahrhunderts 4,8 Millionen Tonnen jährlich produziert. Chlor erfreut sich einer unrühmlichen Vergangenheit. Es wurde im 1. Weltkrieg im Jahre 1915 bei Ypern in Flandern an der deutschfranzösischen Front als Giftgas eingesetzt. Mehrere Tausend Soldaten starben und erhielten lebenslange Verletzungen. Ein großer Teil des Chlors wird in der Industrie für die Herstellung des Vinylchlorids verwendet. Vinylchlorid ist der Ausgangsstoff für einen Kunststoff: Polyvinylchlorid. Chlor wird für die Herstellung von Kunststoffen, Arzneistoffen und Pestiziden benötigt. Aus Chlor stellt man anorganische Chloride her: Titan(4)-chlorid, Aluminiumchlorid und Siliciumchlorid. Aus Titanchlorid gewinnt man metallisches Titan, Aluminiumchlorid und Siliciumchlorid werden in der organischen Synthese benötigt. Ein weiteres Einsatzgebiet des Chlors ist die Desinfektion. Chlor wurde viele Jahre für die Chlorung von Wasser verwendet. Cl2+H2O->HOCl+HCl. Die entstehenden hypochlorige Säure HOCl zersetzt sich, entwickelt HCl (Chlorwasserstoff) und elementarer Sauerstoff wird frei. Das führt den Desinfektionseffekt herbei. Man verwendet Chlor für die Herstellung eines wichtigen Desinfektionsmittels: Chlorkalk. Ca(OH)2+Cl2->CaCl(OCl)+H2O. Der Chlorkalk wird aus Kalziumhydroxid, Löschkalk und Chlor gewonnen. Um den Einsatz von Chlor für die Desinfizierung von Wasser zu vermeiden, wird ClO2 Chlordioxid verwendet. Ich bedanke mich für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen. 

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Chlor Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Chlor kannst du es wiederholen und üben.
  • Benenne die Hauptgruppe, in der sich Chlor befindet.

    Tipps

    Chlor gehört zu der Hauptgruppe der Halogene.

    Lösung

    Chlor gehört zu den Halogenen. Die Halogene befinden sich in der siebten Hauptgruppe. Du erkennst das auch an der Anzahl der Außenelektronen, die Chlor besitzt. Die Anzahl der Außenelektronen entspricht der Hauptgruppennummer. Damit hat Chlor also auch sieben Außenelektronen.

  • Beschreibe die Herstellung von Chlor.

    Tipps

    Chlor kann durch ein Elektrolyseverfahren hergestellt werden. Elektrolyse wird hier in wässriger Lösung ausgeführt.

    Lösung

    Chlor wird aus Steinsalz gewonnen. Dabei wird das Verfahren der Chloralkalielektrolyse angewendet. An eine Salzlösung wird eine Spannung angelegt. Dabei wandern die negativ geladenen Chlorid-Ionen zur Anode und werden dort oxidiert. Dabei geben sie ihr Elektron ab und Chlor entsteht.

    Anode: $\ce{2 Cl^{-} -> Cl2 + 2 e^{-}}$

  • Entscheide, in welchem Gefäß sich Chlor nach der Synthese auffangen lassen kann.

    Tipps

    Ist Chlor leichter oder schwerer als Luft?

    Lösung

    Chlor hat eine Dichte von $3\,\frac{\text{g}}{\ell}$. Luft ist $2{,}5$ mal leichter als Chlor. Dieses Wissen dient nun als Grundlage für die Wahl eines geeigneten Auffanggefäßes. Da Chlor schwerer ist als Luft, sammelt es sich am Boden des Gefäßes. Es sollte also auf keinen Fall ein Reagenzglas sein, welches nach unten geöffnet ist. Hier lassen sich leichtere Gase, wie Wasserstoff, sammeln. Außerdem eigenen sich auch keine flachen, offenen Gefäße, wie eine Petrischale, da sich hier das Gas schnell mit der Umgebungsluft vermischen kann. Diese sind eher für Feststoffe geeignet.

    Geeignet sind also hohe Gefäße mit schmaler Öffnung oben, wie das Reagenzglas und der Erlenmeyerkolben.

  • Bestimme die Siedepunkte der Halogene.

    Tipps

    Es besteht ein Verhältnis zwischen der Lage in der Hauptgruppe und der Siedetemperatur.

    Iod ist bei Raumtemperatur fest.

    Lösung

    Mit steigender Ordnungszahl erhöht sich die Siedetemperatur. In der siebten Hauptgruppe sind Fluor, Chlor, Brom und Iod von Interesse. So hat Fluor die niedrigste Siedetemperatur von $\pu{-188°C}$. Chlor hat, wie im Video vorgestellt, eine Siedetemperatur von $\pu{-34°C}$, die von Brom liegt bei $\pu{58,5°C}$ und Iod hat eine Schmelztemperatur von $\pu{184°C}$. Die steigenden Siede- und Schmelzpunkte kannst du auch am Aggregatzustand der Elemente bei Raumtemperatur erkennen. Während Fluor und Chlor Gase sind, ist Brom flüssig und Iod sogar fest.

  • Nenne den Namen der Salze der Salzsäure.

    Tipps

    Ein Salz der Salzsäure ist Kupfer(I)-chlorid.

    Lösung

    Eine wichtige Chlorverbindung ist die Salzsäure $\ce{HCl}$. Diese Säure reagiert mit unedlen Metallen und Basen zu Salzen. Die Salze der Salzsäure enthalten natürlich auch Chlor. Das kannst du auch am Namen erkennen. Die Salzsäure gibt ihr Proton ab und es entsteht ein negativ geladenes Ion, das Chlorid-Ion $\ce{Cl^-}$. Entsprechend heißen auch die Salze Chloride. Die Endung -id ist typisch für Anionen und zeigt dir an, dass das Anion keinen Sauerstoff enthält. Im Gegensatz dazu enthalten Chlorat-Ionen $\ce{ClO3^-}$ Sauerstoff.

  • Formuliere folgende Reaktionen mit Chlor.

    Tipps

    Bei einer Reaktionsgleichung steht auf der Eduktseite die gleiche Anzahl an Atomen wie auf Produktseite.

    Lösung

    Chlor ist sehr reaktionsfreudig. Mit Wasserstoff reagiert Chlor zu Chlorwasserstoff, welcher in wässriger Lösung dann Salzsäure bildet. Auch mit Metallen reagiert Chlor. Dabei entsteht allgemein aus einem Metall und einem Nichtmetall ein Salz. In diesem Fall reagiert Zink mit Chlor zu Zinkchlorid.

    Chlor spielt aber auch in der organischen Chemie eine große Rolle. So kann es mit Kohlenwasserstoffverbindungen zu Chlorkohlenwasserstoffverbindungen reagieren. In diesem Fall reagiert Chlor mit Monochlormethan zu Dichlormethan.