Chlor und Chlorverbindungen

Das Element Chlor kommt immer als zweiatomiges Molekül vor. Die beiden Chloratome sind durch ein gemeinsames Elektronenpaar miteinander verbunden. Diese Atombindung ist unpolar, da die Elektronegativität der beiden Chloratome gleich ist. Jedes Chloratom besitzt noch sechs nichtbindende Elektronen (drei Paare).

Chlor ist ein stechend riechendes, grün-gelbes, sehr giftiges Gas. Es kann unter Druck leicht verflüssigt werden. In Wasser ist Chlor nur wenig löslich, die ca. 0,5 %ige Lösung wird als Chlorwasser bezeichnet. Chlor ist schwerer als Luft (ca. 2,5-fach). Das Gas kann Bakterien und Algen vernichten und wird in geringen Mengen dem Wasser in Schwimmbädern zur Desinfektion zugesetzt.

Da Chlor ein sehr reaktives Element ist, kommt es in der Natur fast ausschließlich in Verbindungen vor. Riesige Salzlagerstätten enthalten hauptsächlich die Minerale Steinsalz (NaCl), Sylvin (KCl) oder Sylvinit. Schier unermesslich sind die in den Weltmeeren gelösten Mengen an Chloriden, wenn man bedenkt, dass ein Massenanteil von 3,4 % des Salzwassers größtenteils Chloridsalze sind. Chloride werden beim Eindampfen von Meerwasser gewonnen (Bilder 5).

Chlor wird durch Elektrolyse aus wässrigen Kochsalzlösungen gewonnen. Hierbei sind vor allem drei Verfahren im Einsatz, das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren.

Chlor ist ein wichtiger Grundstoff der chemischen Industrie. Es ist Ausgangsstoff für Bleichmittel, die Herstellung des Kunststoffs Polyvinylchlorid (PVC), von Siliconen und Waschmitteln. Es dient außerdem der Herstellung organischer Produkte, z. B. von Lösemitteln wie Chloroform, Schädlingsbekämpfungsmitteln (Pestizide) und Unkrautvernichtungsmitteln (Herbizide).

Der gasförmige Chlorwasserstoff ist reaktionsträger als seine wässrige Lösung, die Salzsäure. Salzsäure ist eine starke Säure, da das HCl-Molekül in wässriger Lösung vollständig in Wasserstoff-Ionen und Chlorid-Ionen dissoziiert. Salzsäure reagiert mit unedlen Metallen in einer Redoxreaktion unter Bildung von Wasserstoff und Metallchloriden. Sie löst eine Reihe von Metalloxiden und Metallcarbonaten und kann deshalb zur Metallreinigung (Beizen, 2) und zur Beseitigung von Kesselstein (3) verwendet werden.

$\begin{array}{l}(1)Zn\text{+}\text{2}{\text{H}}^{\text{+}}\text{+}2Cl{}^{\text{–}}\stackrel{}{\to }Z{n}^{2\text{+}}\text{+}2C{l}^{\text{–}}\text{+}{\text{H}}_{\text{2}}\\ \text{(2)}{\text{Fe}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}\text{+}\text{6}{\text{H}}^{\text{+}}\text{+}\text{6}{\text{Cl}}^{\text{–}}\stackrel{}{\to }\text{2}{\text{Fe}}^{\text{3+}}\text{+}\text{6}\text{Cl}{}^{\text{–}}\text{+}\text{3}{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}\\ \text{(3)}{\text{CaCO}}_{\text{3}}\text{+ 2}{\text{H}}^{\text{+}}\text{+}2Cl{}^{\text{–}}\stackrel{}{\to }{\text{Ca}}^{\text{2+}}\text{+}\text{2Cl}{}^{\text{–}}{\text{+ CO}}_{\text{2}}{\text{+ H}}_{\text{2}}\text{O}\end{array}$

Im Magen des Menschen kommt Salzsäure mit einem pH- Wert von 2 vor. Sie aktiviert das Eiweiß verdauende Enzym Pepsin und tötet Keime ab, die mit der Nahrung in den Magen gelangt sind. Der Magen selber wird vor dem Angriff der ätzenden Säure mit einer dicken Schleimschicht geschützt. Salzsäure und Chlorwasserstoff fallen zu fast 90 % als Nebenprodukt bei Chlorierungen in der organischen Chemie an und müssen deshalb nicht noch zusätzlich in größeren Mengen hergestellt werden. Übliche Handelsformen sind verdünnte Salzsäure (etwa 7 %ig), konzentrierte Salzsäure (etwa 30 %ig) und rauchende Salzsäure (etwa 37 %ig).Als starke anorganische Säure wird die Salzsäure in vielen Industriezweigen eingesetzt. Neben der Behandlung von Metallen dient sie als Ausgangsstoff für die Herstellung verschiedener Chlorverbindungen, der Gewinnung von Glucose bei der Holzverzuckerung, zur Neutralisation z. B. von alkalischen Abwässern und zur Säurebehandlung von Erdöl- und Erdgasquellen.

Chloride sind die Verbindungen der Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure). Die Chloride der Metalle sind Ionenverbindungen. Das Gitter besteht aus positiv geladenen Metall- oder Ammonium-Ionen und negativ geladenen Chlorid-Ionen. Chloride bilden sich durch Redoxreaktion von Chlorwasserstoffsäure mit unedlen Metallen, mit Metalloxiden oder durch Neutralisationsreaktion mit Metallhydroxiden.

Reaktion von Chlorwasserstoffsäure mit Magnesium

$2HCl\text{+}Mg\stackrel{}{\to }MgC{l}_2\text{+}{\text{H}}_{\text{2}}$

Chloride sind meist in Wasser sehr gut löslich, und dissoziieren in positiv geladene Kationen und Chlorid-Anionen.

$MgC{l}_2\stackrel{}{\to }M{g}^{2\text{+}}\text{+}2C{l}^{\text{-}}$

Wichtige ionische Chloride sind Natriumchlorid und Kaliumchlorid, die natürlich vorkommenden Chloride der Alkalimetalle. Natriumchlorid aus Salzlagerstätten wird als Steinsalz bezeichnet. Nur ein geringer Teil des gewonnenen Steinsalzes wird als Kochsalz für unsere Speisen und als Konservierungmittel für Fisch- und Fleischwaren verwendet. In der chemischen Industrie wird Natriumchlorid als Ausgangsstoff für viele Chemikalien und Produkte, z. B. Salzsäure, Natronlauge, Chlor, Soda, eingesetzt.

Kaliumchlorid und daraus hergestellte andere Kaliumsalze wie Kaliumsulfat sind wichtige mineralische Düngemittel, die Kalium-Ionen enthalten. Kalium ist ein Hauptnährstoff für die Pflanzen. Ebenso wie Natriumchlorid wird Kaliumchlorid als chemischer Rohstoff genutzt.

Die Halbmetalle und Nichtmetalle bilden mit dem elektronegativeren Chlor Molekülverbindungen mit polaren Atombindungen (BCl3, CCl4, SiCl4, PCl3). Diese Chloride reagieren mit Wasser unter Hydrolyse mit Bildung der entsprechenden Säuren.

BCl3 + 3 H2O –→ B(OH)3 + 3 HCl

Kohlenstofftetrachlorid wird aber nicht hydrolisiert, weil die großen Chloratome die Kohlenstoff-Chlor-Bindung vor dem Wasser abschirmen. Es ist somit kinetisch stabil, obwohl rein thermodynamisch betrachtet, eine Hydrolyse erfolgen sollte.

Chlor-Sauerstoff-Verbindungen sind sehr reaktive, wenig stabile Oxide. Sie haben ähnlich wie die Sauerstoffsäuren des Chlors und deren Salze nur eine geringe praktische Bedeutung.

Neben den anorganischen existiert eine riesige Anzahl von organischen Chlorverbindungen, z. B. Chlorkohlenwasserstoffe, Säurechloride, chlorierte aromatische Verbindungen wie Chlorbenzen. Dabei handelt es sich aber fast ausschließlich um vom Menschen hergestellte (anthropogene) Verbindungen. In der Natur existieren hingegen nur wenige organische Chlorverbindungen. Viele dieser anthropogenen Organochlorverbindungen besitzen für bestimmte Anwendungen (z. B. Technik, Medizin) günstige Eigenschaften, sodass sie in großem Umfang hergestellt und genutzt wurden. Organochlorverbindungen wurden früher wie Chloroform als Narkose- oder Tetrachlormethan als Lösemittel genutzt. Organische Chlorverbindungen wie DDT wurden als Insektizide eingesetzt und die PCBs dienten unter anderem als Wärmeüberträgerflüssigkeiten und Weichmacher. Auch der aus Monochlorethen (Vinylchlorid) hergestellte Kunststoff Polyvinylchlorid (PVC) fand und findet noch heute breite Anwendung.