Chlor

Chlor

Chlor ist das chemische Element mit dem Symbol $Cl$. Es ist ein 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 Trinkwasser und Schwimmbadwasser durch Chlorung desinfiziert. Übrigens: Unser Kochsalz ist eine Chlorverbindung, es dient sogar der Herstellung von Chlor. Doch dazu später mehr.

Entdeckung und Vorkommen von Chlor

Der deutsch-schwedische Apotheker und Chemiker Carl Wilhelm Scheele entdeckte Chlor bereits 1774. Scheele versetzte Braunstein, das ist Mangan(IV)-oxid ($MnO_2$), mit Salzsäure ($HCl$). Dabei bildete sich neben Mangan(II)-chlorid ($MnCl_2$) und Wasser auch das stechend riechende Chlor ($Cl_2$):

$MnO_2+4 ~HCl \longrightarrow ~MnCl_2 + 2~H_2O+Cl_2$

Chlor kommt auf der Erde meist in Form des Chloridions in Chlorid-Salzen vor. Am bekanntesten ist das Natriumchlorid ($NaCl$), das du sicher als Kochsalz oder Steinsalz kennst.

Die Stellung von Chlor im Periodensystem

Chlor hat die Ordnungszahl 17. Es steht im Periodensystem der Elemente in der VII. Hauptgruppe, der Gruppe der Halogene, und in der 3. Periode unter Fluor. Es zählt zu den Nichtmetallen. Als Element der VII. Hauptgruppe hat Chlor sieben Valenzelektronen, darunter ein ungepaartes Elektron. Das Chloratom ist damit ein Radikal. Das sieht in der Lewis‑Schreibweise so aus:
|$\overline {\underline {Cl}}$$\color{red} \cdot$
In chemischen Reaktionen mit anderen Elementen nimmt es meist ein Elektron auf. In Verbindungen mit elektronegativeren Elementen wie Fluor oder Sauerstoff gibt es auch Elektronen ab. Chlor kann in Verbindungen mit den Oxidationszahlen $-I$, $+I$, $+III$, $+V$ und $+VII$ auftreten. In den meisten seiner Verbindungen tritt Chlor aber in der Oxidationszahl $-I$ auf.

Chlor – Eigenschaften

Chlor liegt im Chlorgas nicht atomar vor, sondern als zweiatomiges Molekül $Cl_2$ mit der Strukturformel |$\overline {\underline {Cl}} –$ $\overline {\underline {Cl}}$. Da einzelne Chloratome mit einem ungepaarten Elektron Radikale sind, reagieren sie sofort unter Ausbildung einer Elektronenpaarbindung zum $Cl_2$ -Molekül:

|$\overline {\underline {Cl}}$$\color{red} \cdot$ + |$\overline {\underline {Cl}} \color{red} \cdot$ $\longrightarrow$ |$\overline {\underline {Cl}}$ $\color{red} –$ $\overline {\underline {Cl}}$|

Chemische Reaktionen von Chlor – Beispiele

Chlor ist ein sehr reaktionsfreudiges chemisches Element.

• Reaktion mit Metallen: Chlor reagiert mit allen Metallen. Dabei werden Salze gebildet, die Metallchloride. Sogar das Edelmetall Gold ($Au$) reagiert mit Chlor zu Gold(III)-chlorid ($AuCl_3$):
  $2 ~Au + 3 ~Cl_2 \longrightarrow 2 ~AuCl_3$
• Reaktion mit Nichtmetallen: Chlor reagiert mit den meisten Nichtmetallen. Bei der Reaktion mit Phosphor ($P$) entsteht das Phosphortrichlorid ($PCl_3$):
  $2~ P+3 ~Cl_2 \longrightarrow 2 ~PCl_3$
• Reaktionen mit organischen Verbindungen: Chlor reagiert beispielsweise mit Kohlenwasserstoffen, so bildet sich aus Methan ($CH_4$) und Chlor das Monochlormethan ($CH_3Cl$):
  $2 ~CH_4 + Cl_2 \longrightarrow 2 ~CH_3Cl + H_2$

Chlor – Herstellung

Chlor zählt zu den wichtigsten Grundchemikalien. Weltweit werden viele Millionen Tonnen produziert. In Deutschland wurden 2019 nach Angaben des Verbandes der chemischen Industrie (VCI) 3,7 Millionen Tonnen Chlor hergestellt.

Chlor wird aus Steinsalz, chemisch Natriumchlorid ($NaCl$), 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 NaCl in die Kationen $Na^+$ und die Anionen $Cl^-$:

$NaCl \xrightarrow{in ~Wasser} Na^+ + Cl^-$

Die positiv geladenen Natriumionen wandern in Richtung der negativ geladenen Kathode. Durch Aufnahme von Elektronen entsteht Natrium, das mit Wasser zu Natronlauge ($NaOH$) reagiert.

Die negativ geladenen Chloridionen $Cl^-$ wandern zu der positiv geladenen Anode. Dort geben sie unter Bildung elementarer Chloratome Elektronen ($e^-$) ab und es entsteht zunächst atomares Chlor:

$Cl^- \longrightarrow Cl + e^-$

Jeweils zwei Chloratome verbinden sich dann zum Chlormolekül:

$2 ~Cl \longrightarrow Cl_2$

Technisch wird bei der Chloralkali-Elektrolyse zumeist das Diaphragmaverfahren eingesetzt, in jüngerer Zeit auch das Membranverfahren. Beim Diaphragmaverfahren trennt ein für die Natrium- und Chloridionen durchlässiges Diaphragma aus Asbest den Kathodenraum von dem Anodenraum. Beim Membranverfahren ist die trennende Membran für Chloridionen nicht durchlässig, sodass im Kathodenraum eine besonders reine Natronlauge entstehen kann.

Verwendung von Chlorverbindungen

• Salzsäure bzw. Chlorwasserstoff $HCl$ ist die technisch wichtigste Chlorverbindung. Ihre Salze sind die Chloride, beispielsweise das Kupfer(I)-chlorid $CuCl$.

• Anorganische Chloride werden in zahlreichen Prozessen verwendet, beispielsweise Titan(IV)-chlorid ($TiCl_4$), Aluminiumchlorid ($AlCl_3$) und Siliciumchlorid ($SiCl_4$). Aus Titanchlorid gewinnt man metallisches Titan. Aluminiumchlorid und Siliciumchlorid werden in der organischen Synthese benötigt.

• Vinylchlorid ($CH_2 = CHCl$) dient als bedeutende organische Chlorverbindung 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 Dioxin. Dieses kann als Umweltschadstoff bei Verbrennungsprozessen entstehen.

• Desinfektionsmittel sind oft Chlorverbindungen. So wird Chlor für die Chlorung von Wasser verwendet. Die dabei entstehende hypochlorige Säure ($HOCl$) zersetzt sich zu Chlorwasserstoff ($HCl$) und atomarem Sauerstoff ($O$), der desinfizierend wirkt.
  $Cl_2+H_2O \longrightarrow HOCl+HCl$
  $HOCl \longrightarrow HCl + O$
  Chlorkalk (Calciumhypochlorid, $CaCl(OCl)$) ist ein weiteres wichtiges Desinfektionsmittel. Es entsteht aus der Reaktion von Löschkalk (Calciumhydroxid) mit Chlor:
  $Ca(OH)_2 +Cl_2 \longrightarrow CaCl(OCl)+H_2O$

Hinweise zum Video

Das Video gibt dir eine Übersicht zum Element Chlor mit seinen Eigenschaften, seiner Herstellung und wichtigen Chlorverbindungen. Um die Inhalte zu verstehen, solltest du schon über Vorkenntnisse in Chemie verfügen und dich in den Themen Basen, Säuren und Salze sowie bei der Oxidation und Reduktion auskennen.

Übungen und Arbeitsblätter

Du findest hier auch Übungen und Arbeitsblätter. Beginne mit den Übungen, um gleich dein umfangreiches Wissen über Chlor aus dem Video zu testen.