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1 Halogenverbindungen im Alltag. 2 Gliederung 1. Eigenschaften der Halogene 2. Verwendung von Fluorverbindungen 3. Verwendung von Chlorverbindungen 4.

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1 1 Halogenverbindungen im Alltag

2 2 Gliederung 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 3 Griech. Halos (Salzbildner ) Nichtmetalle Aggregatzustände: –Zweiatomige Moleküle –Fluor und Chlor bei Raumtemperatur gasförmig –Brom flüssig –Iod fest 1. Eigenschaften der Halogene 3

4 4 Elektronenkonfiguration: –2 s- und 5 p-Elektronen –Erreichen Edelgaskonfiguration durch: a.) Bildung einer kovalenten Bindung b.) Bildung eines einfach geladenen Anions Oxidationskraft/ Elektronegativität: F 2 Cl 2 Br 2 I 2 1. Eigenschaften der Halogene EN F 2 Cl 2 Br 2 I 2 Ox

5 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 1. Eigenschaften der Halogene

6 6 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 1. Eigenschaften der Halogene

7 7 2. Verwendung von 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 2. Verwendung von Fluorverbindungen

8 8 FCKW in der Atmosphäre CF 2 Cl 2 CF 2 Cl + Cl O 3 + Cl O 2 + OCl 2 OCl Cl 2 O 2 Cl 2 O 2 ClO 2 + Cl ClO 2 O 2 + Cl 2 O 3 3 O 2 2. Verwendung von Fluorverbindungen

9 9 Fluorsalze (hauptsächlich NaF) : –Zusatz in Zahnpasta, Speisesalz und Trinkwasser –Empfehlung der WHO: 1ppm –Kariesprophylaxe 2. Verwendung von Fluorverbindungen

10 10 Versuch 1: Fluorid-Nachweis aus Zahnpasta 2. Verwendung von Fluorverbindungen

11 11 V1: Fluorid-Nachweis aus Zahnpasta Fe 3+ (aq) + 3 SCN - (aq) + 3 H 2 O [Fe(SCN) 3 (H 2 O) 3 ] (aq) [Fe(SCN) 3 (H 2 O) 3 ] (aq) + 6 F - (aq) [FeF 6 ] 3- (aq) + 3 SCN - (aq) + 3 H 2 O rot farblos 2. Verwendung von Fluorverbindungen

12 12 Weshalb Fluoride in Zahnpasta? Hauptbestandteil des Zahnschmelzes: Hydroxylapatit Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (97%) Säureangriff des Hydroxylapatits: Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (s) + H 3 O + (aq) 5 Ca 2+ (aq) + 3 PO 4 3- (aq) + 2 H 2 O Austausch der OH – -Ionen aus dem Hydroxylapatit gegen Fluorid: Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (s) +F – (aq) Ca 5 (PO 4 ) 3 F (s) + OH – (aq) 2. Verwendung von Fluorverbindungen

13 13 Fluorapatit gegenüber Säuren stabil Wirksamer Säureschutz für die Zähne Fluorierung als wichtiger Bestandteil der Kariesprophylaxe 2. Verwendung von Fluorverbindungen

14 14 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 2. Verwendung von Fluorverbindungen

15 15 Versuch 2: Glasätzen mit Flusssäure 2. Verwendung von Fluorverbindungen

16 16 V2: Glasätzen mit Flusssäure CaF 2 (s) + H 2 SO 4 (l) 2 HF (g) + CaSO 4 (s) SiO 2 (s) + 4 HF (g) SiF 4 (g) + 2 H 2 O (l) 2. Verwendung von Fluorverbindungen

17 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 2. Verwendung von Fluorverbindungen

18 18 HF-Strukturen Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Molekülen: 2. Verwendung von Fluorverbindungen 120° Kristallines HF Gasförmiges HF + -

19 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 3. Verwendung von Chlorverbindungen

20 20 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 3. Verwendung von Chlorverbindungen

21 21 Pflanzenschutzmittel DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan) Medikamente In Nasensprays In vielen Antibiotika In Antimykotika 3. Verwendung von Chlorverbindungen

22 22 Kühlmittel: Dichlordifluormethan (Frigen®) Treibmittel: Trichlorfluormethan Dichlordifluormethan Bleichmittel/Desinfektionsmittel Elementares Chlor Hypochlorit-Lösungen Chlorite Chlordioxid 3. Verwendung von Chlorverbindungen

23 23 Versuch 3: Chlorgasentwicklung aus Haushaltsreiniger 3. Verwendung von Chlorverbindungen

24 24 Chlorreiniger mit Essigreiniger : NaOCl (aq) + NaCl (aq) + 2 H 3 O + (aq) 2 Na + (aq) + 3 H 2 O + Cl 2(g) ( Komproportionierung ) Nachweis des entstehenden Chlorgases: KI (aq) + Cl 2(g) I 2(aq) + 2 K + (aq) + 2 Cl - (aq) farblos I 2(aq) + I - (aq) I 3 - (aq) braun 3. Verwendung von Chlorverbindungen (Charge-Transfer-Komplex) V3 Chlorgasentwicklung aus Haushaltsreiniger

25 25 Warum Chlorbleiche? OCl - (aq) + H 2 O HOCl (aq) + OH - (aq) HOCl (aq) + OH - (aq) H 2 O + Cl - (aq) + ½ O 2 (g) (nascier.) Nascierender Sauerstoff für Bleichwirkung verantwortlich 3. Verwendung von Chlorverbindungen

26 26 Natriumchlorid: –Als Nahrungsmittel (Speisesalz) Kaliumchlorat: –In Feuerwerkskörpern –In Streichhölzern 3. Verwendung von Chlorverbindungen

27 27 Demonstration 1: Die Reaktion im Streichholzkopf 3. Verwendung von Chlorverbindungen

28 28 D1 Die Reaktion im Streichholzkopf Zusammensetzung der Zündhölzer: Kaliumchlorat, Braunstein, Schwefel, Gelatine, Glasmehl Roter Phosphor Wachs 3. Verwendung von Chlorverbindungen

29 29 D1 Die Reaktion im Streichholzkopf 1.) Reibung erzeugt Wärme; Phosphorspuren gelangen an das Zündköpfchen 2.) Phosphor reagiert mit Luftsauerstoff und Kaliumchlorat (stark exotherm): P (s) + 5 O 2 (g) P 4 O 10 (s) H < KClO 3 (s) + 12 P (s) 10 KCl (s) + 3 P 4 O 10 (s) H < 0 das Gemisch entzündet sich 3. Verwendung von Chlorverbindungen

30 30 3.) Freiwerdende Energie startet Reaktion von Kaliumchlorat und Schwefel (stark exotherm): KClO 3 (s) + 3/8 S 8 (s) 2 KCl (s) + 3 SO 2 (g) H < 0 Paraffin wird entzündet; Holz beginnt zu brennen 3. Verwendung von Chlorverbindungen

31 31 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 ) 3. Verwendung von Chlorverbindungen

32 32 4. Verwendung von Bromverbindungen 1,2-Dibromethan: In bleihaltigem Benzin Farbstoffe: Eosin: roter Farbstoff Chemische Kampfstoffe: Bromaceton (Tränengas) Flammschutzmittel: Halone (Brom-Chlor-Fluor- kohlenwasserstoffe) 4. Verwendung von Bromverbindungen

33 33 Bleichmittel/Desinfektionsmittel: Elementares Brom Schädlingsbekämpfung Methylbromid Arzneimittel Beruhigungs- und Schlafmittel (Bromazepam, früher KBr ) Silberbromid: Lichtempfindliche Substanz in Foto-Filmen 4. Verwendung von Bromverbindungen

34 34 Versuch 4: Modellversuch zum fotografischen Prozess 4. Verwendung von Bromverbindungen

35 35 V4 Modellversuch zum fotographischen Prozess Ag + (aq) + Br - (aq) AgBr (s) Der fotografische Prozess : AgBr (s) 2 Ag (s) + Br 2 (g) (schwarz) –Oxidation: 2 Br - Br 2 + 2e - –Reduktion: 2 Ag + + 2e - 2Ag h 4. Verwendung von Bromverbindungen

36 36 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 4. Verwendung von Bromverbindungen 1.) 2.) 3.)

37 37 Silberionen auf Zwischengitterplätzen (Frenkel-Fehlordnung) sind beweglich Silberionen wandern zu negativierten Empfindlichkeitskeimen werden reduziert 4. Verwendung von Bromverbindungen 4.) 5.)

38 38 Latentes Bild Sichtbares Bild Gelatine Silberbromid-Korn Träger Silbercluster Belichtung Entwicklung Fixierung 4. Verwendung von Bromverbindungen

39 39 1.) Entwickeln: AgBr (s) + 2 Ag (s) + 2Br - (aq) 2.) Stoppen: HOAc (aq) + OH - (aq) H 2 O + OAc - (aq) 3.) Fixieren: AgBr (s) + 2 Na 2 S 2 O 3 (aq) Ag(S 2 O 3 ) 2 3- (aq) + Br - (aq) + 4 Na + (aq) + 2 OH - (aq) – 2 H 2 O Ag n 4. Verwendung von Bromverbindungen

40 40 5. Verwendung von Iodverbindungen Silberiodid Lichtempfindlicher Bestandteil in Foto- Filmen Hagelabwehr Medizin: Iodtinkturen als Antiseptika Radiopharmaka mit den radioaktiven Iod-Isotope 131 I und 123 I (in der nuklear- medizinischen Diagnostik) 5. Verwendung von Iodverbindungen

41 41 KI-Tabletten gegen die Aufnahme der radioaktiven Iod- Isotope bei radioaktiven Unfällen Iodid-Tabletten/ Iodatzusätze in Speisesalz gegen Kropf-Bildung (Schilddrüsenvergrößerung) Thyroxin 5. Verwendung von Iodverbindungen

42 42 Versuch 5: Bestimmung des Iodatgehaltes in Speisesalz 5. Verwendung von Iodverbindungen

43 43 V5 Bestimmung des Iodatgehalts in Speisesalz IO 3 - (aq) + 5 I - (aq) + 6 H + (aq) 3 I 2 (aq) + 3 H 2 O , S 2 O 3 2- (aq) + 3 I 2 (aq) 3 S 4 O 6 2- (aq) + 6 I - (aq) 1 Mol Iodat ~ 3 Mol Iod 3 Mol Iod ~ 6 Mol Thiosulfat 5. Verwendung von Iodverbindungen

44 44 Der Iod-Stärke-Komplex Einlagerung von linearen Polyiodid-Ketten in die Hohlräume der Amylose Elektronendelokalisierung für blaue Farbe verantwortlich (Charge-Transfer-Komplex) 5. Verwendung von Iodverbindungen

45 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 6. Schulische Relevanz

46 46 7. Quellen der Abbildungen: 7. Quellen der Abbildungen

47 47 Ende


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