Halogenverbindun gen

1

gen

im Alltag

1. Eigenschaften der Halogene

2. Verwendung von Fluorverbindungen 3. Verwendung von Chlorverbindungen 4. Verwendung von Bromverbindungen 5. Verwendung von Iodverbindungen

6. Schulische Relevanz

7.Quellen der Abbildungen

3

• Griech. Halos (Salzbildner)

• Nichtmetalle

• Aggregatzustände:

– Zweiatomige Moleküle

– Fluor und Chlor bei Raumtemperatur gasförmig

– Brom flüssig – Iod fest

Halogene

3

• Elektronenkonfiguration:

– 2 s- und 5 p-Elektronen

– Erreichen Edelgaskonfiguration durch:

a.) Bildung einer kovalenten Bindung

b.) Bildung eines einfach geladenen Anions

• Oxidationskraft/ Elektronegativität:

F2

Cl₂ Br2

I₂

EN

F₂

Cl₂

Br₂

I₂

Ox

5

• Oxidationsstufen:

– Fluor: 0, -1

– Chlor: 0, -1, +3, +5, +7 – Brom: 0, -1, +3, +5, +7 – Iod: 0, -1, +3, +5, +7

• Vorkommen:

– Nur in gebundener Form aufgrund hoher Reaktivität

– Reaktivste Elemente des PSE

• Physiologische Eigenschaften:

– Fluor: stark ätzend; extrem giftig

– Chlor: giftig; greift die Schleimhäute an; umweltgefährlich

– Brom: Dämpfe sind Schleimhaut- reizend; flüssiges Brom erzeugt

schmerzhafte Wunden auf der Haut;

sehr giftig; umweltgefährlich – Iod: gesundheitsschädlich;

umweltgefährlich

7

Fluorverbindungen :

Kunststoffe:

• Polytetrafluorethen (Teflon®):

– In der „Teflon®“-Pfanne – In Dichtungen

– In Spezialtextilien (GORE-TEX®)

– Von großer Bedeutung in der Elektro- und Luftfahrtindustrie

Kühl-/Treibmittel:

• Dichlordifluormethan (Frigen®)

• 1,1,1,2- Tetrafluorethan

FCKW in der Atmosphäre

h  

CF₂Cl2 CF₂Cl+ Cl

O₃ + Cl O₂ + OCl 2 OCl Cl₂O₂

Cl₂O2 ClO₂ + Cl

ClO₂ O₂ + Cl

2 O3 3 O₂

9

• Fluorsalze (hauptsächlich NaF) :

– Zusatz in Zahnpasta, Speisesalz und Trinkwasser

– Empfehlung der WHO: 1ppm – Kariesprophylaxe

Versuch 1:

Fluorid-Nachweis aus

Zahnpasta

11

V1: Fluorid-Nachweis aus Zahnpasta

Fe_3+(aq) + 3 SCN_-(aq) + 3 H₂O [Fe(SCN)₃(H₂O)₃]_(aq)

[Fe(SCN)₃(H₂O)₃]_(aq) + 6 F-(aq) [FeF₆]_3-(aq) + 3 SCN_-(aq)

+ 3 H₂O

rot

farblos

Weshalb Fluoride in Zahnpasta?

• Hauptbestandteil des Zahnschmelzes:

Hydroxylapatit Ca₅(PO₄)₃OH (97%)

• Säureangriff des Hydroxylapatits:

Ca₅(PO₄)₃OH_(s)+ H₃O_+(aq) 5 Ca_2+(aq) + 3 PO_43-(aq) + 2 H₂O

• Austausch der OH^–-Ionen aus dem Hydroxylapatit gegen Fluorid:

Ca₅(PO₄)₃OH_(s) +F_–(aq) Ca₅(PO₄)₃F_(s) + OH_–(aq)

13

• Fluorapatit gegenüber Säuren stabil

• Wirksamer Säureschutz für die Zähne

• Fluorierung als wichtiger Bestandteil der Kariesprophylaxe

• Flusssäure:

– Wässrige Lösung von HF (40%ig) – Zum Ätzen und Polieren von Glas – Verwendet in der Glasindustrie, bei

Restauratoren und in Künstlerbetrieben – Glasätzcremes mit geringerer

Konzentration an HF im Hobbybedarf – In der Jugendstilzeit erstmals geätzte

Scheiben unter dem Namen Musselinglas

15

Versuch 2:

Glasätzen mit

Flusssäure

V2: Glasätzen mit Flusssäure

CaF_{2 (s)} + H₂SO4 (l) 2 HF_(g) + CaSO_{4 (s)} SiO_{2 (s)} + 4 HF_(g) SiF_{4 (g)} + 2 H₂O _(l)

17

• Vorteil:

– Ätzmattierungen viel feiner in der Struktur als ein sandgestrahltes Matt

• Nachteil:

– Sehr gefährliche Säure!

 HF diffundiert durch die Haut in den

Organismus und führt unter Zersetzung der Knochen zur Ausfällung des Calciums

 Sehr giftig und stark wassergefärdend

HF-Strukturen

• Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Molekülen:

H F

H F

H F H

F

120°

Kristallines HF

Gasförmiges HF

+

-

F H

H F H F

H F

H

F F

H

19

3. Verwendung von Chlorverbindungen

Kunststoffe

• PVC (Polyvinylchlorid):

– Stabiler Werkstoff mit besonderer

Widerstandsfähigkeit

– In Rohren, Fensterprofilen, Leisten, Schläuchen und Fußböden

– Nachteil: Entstehung von

Dioxinen und HCl-Gas bei der Verbrennung

Lösungsmittel:

• Dichlormethan (Methylenchlorid):

– Lösungsmittel und Extraktionsmittel für Öle, Coffein, Harze, Wachse und in

Fleckenreinigungsmittel enthalten – Kleber für Plexiglas

• Trichlormethan (Chloroform):

– Früher als Anästhetikum

• Tetrachlorethen (Per):

– In der chemischen Reinigung eingesetzt

21

• DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan)

Medikamente

• In Nasensprays

• In vielen Antibiotika

• In Antimykotika

CCl₃ Cl Cl

Kühlmittel:

• Dichlordifluormethan (Frigen®)

Treibmittel:

• Trichlorfluormethan

• Dichlordifluormethan

Bleichmittel/Desinfektionsmittel

• Elementares Chlor

• Hypochlorit-Lösungen

• Chlorite

• Chlordioxid

23

Versuch 3:

Chlorgasentwicklung

aus Haushaltsreiniger

24

• Chlorreiniger mit Essigreiniger

:

+1 -1 0

NaOCl_(aq) + NaCl_(aq) + 2 H₃O+(aq) 2 Na+(aq) + 3 H₂O + Cl_2(g)

(Komproportionierung)

• Nachweis des entstehenden Chlorgases:

2 KI_(aq) + Cl_2(g) I_2(aq) + 2 K+(aq) + 2 Cl-(aq)

farblos

0 -1 -1

I_2(aq) + I_-(aq) I_3-(aq) (Charge-Transfer-Komplex)

V3 Chlorgasentwicklung aus

Haushaltsreiniger

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Warum Chlorbleiche?

OCl_-(aq) + H₂O HOCl_(aq) + OH_-(aq)

-2 +1 -2 -2 -1 0

HOCl_(aq) + OH_-(aq) H₂O + Cl_-(aq) + ½ O_{2 (g)}

(nascier.)

Nascierender Sauerstoff für Bleichwirkung verantwortlich

• Natriumchlorid:

– Als Nahrungsmittel (Speisesalz)

• Kaliumchlorat:

– In Feuerwerkskörpern – In Streichhölzern

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Demonstration 1:

Die Reaktion im

Streichholzkopf

D1 Die Reaktion im Streichholzkopf

Zusammensetzung der Zündhölzer:

Kaliumchlora t,

Braunstein, Schwefel, Gelatine, Glasmehl

Roter Phosphor

Wachs

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Streichholzkopf

1.) Reibung erzeugt Wärme; Phosphorspuren gelangen an das Zündköpfchen

2.) Phosphor reagiert mit Luftsauerstoff und Kaliumchlorat (stark exotherm):

0 0 +5 -2

4 P _(s) + 5 O2 (g) P₄O10 (s) H < 0 +5 0 -1 +5

10 KClO3 (s) + 12 P(s) 10 KCl (s) + 3 P4O10 (s) H < 0



das Gemisch entzündet sich

3.) Freiwerdende Energie startet Reaktion von Kaliumchlorat und Schwefel (stark

exotherm):

+5 0 -1 +4

2 KClO3 (s) + 3/8 S8 (s) 2 KCl (s) + 3 SO2 (g) H

< 0

 Paraffin wird entzündet; Holz beginnt zu brennen

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Die Geschichte der Zündhölzer

• 1785: Phosphorbüchsen

• 1805: Tunkzündhölzer (Erfinder: Jean-Louis Chancel)

• 1832: die ersten Reibezündhölzer (Erfinder:

Jakob Friedrich Kammerer)

• Mitte des 19. Jhds.: Sicherheitsstreichhölzer (Erfinder: Böttger/ Pasch )

Bromverbindungen

1,2-Dibromethan:

• In bleihaltigem Benzin Farbstoffe:

• Eosin: roter Farbstoff Chemische Kampfstoffe:

• Bromaceton (Tränengas) Flammschutzmittel:

• Halone (Brom-Chlor-Fluor- kohlenwasserstoffe)

O

COONa Br OH Br

Br O

Br

33

• Elementares Brom

Schädlingsbekämpfung

• Methylbromid

Arzneimittel

• Beruhigungs- und Schlafmittel (Bromazepam, früher KBr)

Silberbromid:

• Lichtempfindliche Substanz in Foto-Filmen

Br

NH N

O

N

Versuch 4:

Modellversuch zum

fotografischen Prozess

35

V4 Modellversuch zum fotographischen Prozess

• Ag+(aq) + Br-(aq)  AgBr_(s)

• Der fotografische Prozess:

+1 -1 0 ⁰

2 AgBr(s)  2 Ag_(s) + Br2 (g)

(schwarz)

– Oxidation: 2 Br^-  Br2 + 2e^- – Reduktion: 2 Ag⁺ + 2e^-  2Ag

h

Der fotografische Prozess:

Absorption eines Photons geeigneter Wellenlänge

 Abspaltung eines Elektrons vom Halogenid-Ion

Entstehung einer Leerstelle (Defektelektron) = Bromatom (Bromradikal)

Elektron wandert und

wird von Empfindlichkeitskeim eingefangen

 Empfindlichkeitskeim durch

„chemische Reifung“ hergestell 1.)

2.)

3.)

37

Silberionen auf

Zwischengitterplätzen (Frenkel-Fehlordnung)

 sind beweglich

Silberionen wandern zu negativierten

Empfindlichkeitskeimen

 werden reduziert 4.)

5.)

Latentes Bild

Sichtbares Bild

Gelatine

Silberbromid-Korn Träger

Silbercluster

Belichtung

Entwicklung

Fixierung

39

AgBr_(s) + 2 Ag_(s) + 2Br^-

(aq)

2.) Stoppen:

HOAc(aq) + OH-(aq) H2O + OAc-(aq)

3.) Fixieren:

AgBr_(s) + 2 Na₂S₂O_{3 (aq)} Ag(S₂O₃)₂_3-(aq) + Br-(aq)

+ 4 Na+(aq)

OH

O

O

+ 2 OH^-_(aq) – 2 H₂O Ag_n

5. Verwendung von Iodverbindungen

Silberiodid

• Lichtempfindlicher Bestandteil in Foto-Filmen

• Hagelabwehr Medizin:

• Iodtinkturen als Antiseptika

• Radiopharmaka mit den radioaktiven Iod-Isotope ¹³¹I und ¹²³I (in der

nuklear-medizinischen Diagnostik)

41

• KI-Tabletten gegen die

Aufnahme der radioaktiven Iod-Isotope bei radioaktiven Unfällen

• Iodid-Tabletten/ Iodatzusätze in Speisesalz gegen Kropf-

Bildung

(Schilddrüsenvergrößerung)

Thyroxin

Versuch 5:

Bestimmung des Iodatgehaltes in

Speisesalz

43

V5 Bestimmung des

Iodatgehalts in Speisesalz

+5 -1 0

IO3-(aq) + 5 I_-(aq) + 6 H+(aq) 3 I2 (aq) + 3 H2O

(aq)

• 1 Mol Iodat ~ 3 Mol Iod

• 3 Mol Iod ~ 6 Mol Thiosulfat

Der Iod-Stärke-Komplex

• Einlagerung von linearen Polyiodid-Ketten in die

Hohlräume der Amylose

• Elektronendelokalisierung für blaue Farbe

verantwortlich (Charge- Transfer-Komplex)

45

6. Schulische Relevanz

• 9.2 Elementgruppen:

Verbindliche Unterrichtsinhalte/Aufgaben:

Eigenschaften und Verwendung; Halogene und ihre Verbindungen im Alltag

• 11.1 Redoxreaktionen

• 13.2 Wahlthema Angewandte Chemie

• LK 13.2 Wahlthema Komplexchemie

7. Quellen der Abbildungen:

Microsoft

Word-Dokument

47

Ende