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Halogenverbindungen im Alltag.

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Präsentation zum Thema: "Halogenverbindungen im Alltag."—  Präsentation transkript:

1 Halogenverbindungen im Alltag

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

4 Elektronenkonfiguration: 2 s- und 5 p-Elektronen
1. Eigenschaften der Halogene 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 F2 Cl2 Br2 I2 Ox EN

5 Nur in gebundener Form aufgrund hoher Reaktivität
1. Eigenschaften der Halogene 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

6 Physiologische Eigenschaften: Fluor: stark ätzend; extrem giftig
1. Eigenschaften der Halogene 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 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

8 2. Verwendung von Fluorverbindungen
FCKW in der Atmosphäre 2. Verwendung von Fluorverbindungen CF2Cl CF2Cl + Cl O3 + Cl O2 + OCl 2 OCl Cl2O2 Cl2O ClO2 + Cl ClO2 O2 + Cl 2 O O2 Es wirkt als Filter und schirmt die energiereichen UV-B-Strahlen der Sonne um ca % ab. Diese Strahlenart kann krankhafte Veränderungen der Zellen bei allen Lebewesen bewirken und ist an der Entstehung von Krebs beteiligt. Der Hauptverursacher für den Abbau der lebensnotwendigen Ozonschicht sind die FCKW Das Treibgas steigt bis in die Ozonschicht und spaltet dort durch die starke UV-Strahlung Chloratome ab. Diese entreißen dem Ozonmolekül ein Sauerstoffatom und oxidieren zu Chloroxid: Cl O > ClO O , Chloratom + Ozon > Chloroxid + Sauerstoff

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

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

11 V1: Fluorid-Nachweis aus Zahnpasta
2. Verwendung von Fluorverbindungen V1: Fluorid-Nachweis aus Zahnpasta Fe3+(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

12 Weshalb Fluoride in Zahnpasta?
2. Verwendung von Fluorverbindungen Weshalb Fluoride in Zahnpasta? Hauptbestandteil des Zahnschmelzes: Hydroxylapatit Ca5(PO4)3OH (97%) Säureangriff des Hydroxylapatits: Ca5(PO4)3OH(s)+ H3O+(aq) Ca2+(aq) + 3 PO43-(aq) + 2 H2O Austausch der OH–-Ionen aus dem Hydroxylapatit gegen Fluorid: Ca5(PO4)3OH(s) +F–(aq) Ca5(PO4)3F(s) + OH–(aq) Jedoch im sauren nicht stabil- Säure im Mund entsteht durch:Kariesbakterien: a.) Streptococcus mutans b.) Milchsäurebakterien Wandeln Zucker in Milchsäure um Durch Einwirken der Säure auf die Hydroxylapatitkristalle-> Zerfall des Kristallgitters = Karies

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

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

16 V2: Glasätzen mit Flusssäure
2. Verwendung von Fluorverbindungen V2: Glasätzen mit Flusssäure CaF2 (s) + H2SO4 (l) HF(g) + CaSO4 (s) SiO2 (s) + 4 HF(g) SiF4 (g) + 2 H2O (l)

17 2. Verwendung von Fluorverbindungen
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

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

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

20 Dichlormethan (Methylenchlorid):
3. Verwendung von Chlorverbindungen 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 Pflanzenschutzmittel DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan)
3. Verwendung von Chlorverbindungen Pflanzenschutzmittel DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan) Medikamente In Nasensprays In vielen Antibiotika In Antimykotika DDT ist im Tierversuch krebserzeugend. Zur möglichen krebserzeugenden Wirkung beim Menschen gibt es allerdings kein klares Bild. Für den Menschen im Vordergrund steht die Wirkung von DDT als Nervengift. Neuerdings wird ihm auch Einfluß auf den Hormonhaushalt (östrogene Wirkung) zugeschrieben. Die Kehrseite der hohen chemischen Beständigkeit von DDT-Gemischen ist ihre schwere Abbaubarkeit (Persistenz) in den Umweltmedien Wasser, Boden und Luft und ihre daraus folgende Anreicherung in der Nahrungskette. Rückstände von DDT-Gemischen sind heute überall zu finden, selbst im Eis der Antarktis. DDT wirkt auf das Zentrale Nervensystem, ist immuntoxisch, reproduktions- und fetotoxisch, hepatotoxisch und im Tierversuch kanzerogen bei Ratte und Maus (Schneider und Kalberlah 1999). Typisch für eine akute DDT-Vergiftung sind neurotoxische Wirkungen wie Zungentaubheit, Parästhesien, Schwindel, Zuckungen der Gesichtsmuskulatur bis hin zum Krampfanfall und Lähmungen. Letale Dosis (LD) bei Mensch und Säugetier LD50 = 0,1 - 0,5 g/kg Körpergewicht (KG) Chronische Toxizität im Tierversuch: Aktuell wird von einem NOAEL (no observed adverse effect level bzw. "Schwellenwert ohne erkennbare Veränderungen") von 0,184 mg/kg KG × Tag ausgegangen. Dieser Wert wurde beim Kaninchen mit Endpunkt Immuntoxizität erzielt (UBA-Bericht 4/93). Beim Menschen ist das Zielorgan einer chronischen DDT-Toxizität die Leber (Marquardt und Schäfer 1994). Epidemiologische Untersuchungen an DDT-exponierten Arbeitern schätzen, daß eine Induktion des Metabolismus der Leber ab einer Zufuhr von 0,25 mg/kg KG × Tag einsetzt. 2001 Südafrika beginnt nach der Malaria-Epidemie von 1999/2000 wieder mit dem Einsatz von DDT. Die Zahl der Malariaopfer nimmt von im Jahr 2000 auf 8019 im Jahr 2003 ab. 2004 Die WHO verbietet offiziell den Einsatz von DDT, stimmt aber dem begrenzten Einsatz von DDT in Innenräumen zur Malariabekämpfung zu. DDT: Ein umstrittenes Insektengift Beim Thema DDT spalten sich die Meinungen von Umweltschützern, Forschern, Medizinern und Gesundheitspolitikern. DDT ist in allen größeren Industrienationen verboten, doch dieses Verbot kostet Millionen von Menschenleben, so das Fazit vieler neuerer Veröffentlichungen. Die Autoren fordern, DDT wieder einzusetzen. Ihnen genüber stehen die Umweltverbände, die befürchten, dass eine Freigabe von DDT zu schweren Umweltschäden führt. Hier die wichtigsten Argumente der zerstrittenen Lager pro und contra DDT. Pro DDT: DDT vergiftet und vertreibt Mücken so wirksam wie kein anderes Gift bei ähnlichen Kosten. DDT ist viermal günstiger als das nächstbilligere Insektizid. DDT ist das Mittel mit den meisten Anwendungsmöglichkeiten. Es kann gesprüht, gestrichen und zum Imprägnieren verwendet werden. DDT bleibt lange stabil. Eingesprühte Wände müssen nur jedes halbe Jahr nachbearbeitet werden. Gegen DDT werden die Mücken nicht so schnell resistent wie gegen andere Insektizide. DDT hat in den 50er Jahren die Zahl der Malaria-Toten drastisch reduziert. Seit es aus vielen Staaten verbannt wurde, stieg die Zahl der Opfer wieder. DDT soll beim modernen Einsatz nur im Wohnbereich eingesetzt werden, zum Beispiel an den Wänden oder zum Imprägnieren von Stoffen. Wird DDT nur zum Wohnungsschutz eingesetzt, so ist nur eine verhältnismäßig geringe Menge nötig . Für die Bewohner ist das ungefährlich. Entsprechend gering ist auch die Umweltbelastung. DDT könnte, richtig eingesetzt, etwa 90 % der Malariainfektionen verhindern. Contra DDT: Foto: Kind saugt an der Brust; Rechte: WDR DDT gelangt bis ans Ende der Nahrungskette: auch in die Muttermilch Vergrößernvergrößern DDT wird nur langsam abgebaut und reichert sich in der Umwelt an. Von den Feldern gelangt es in die Nahrungskette. So findet man DDT in Robben am Nordpol, und in praktisch jedem Menschen sollen Spuren nachweisbar sein. DDT wird für den Rückgang vieler Vogelarten und von Alligatoren in den 50er Jahren verantwortlich gemacht, da durch seine Aufnahme die Calciumverarbeitung der Vögel und Reptilien gestört wurde und deren Eier nur noch dünne Schalen hatten. DDT steht im Verdacht, Krebs zu erregen.

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

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

24 V3 Chlorgasentwicklung aus Haushaltsreiniger
3. Verwendung von Chlorverbindungen V3 Chlorgasentwicklung aus Haushaltsreiniger Chlorreiniger mit Essigreiniger: NaOCl(aq) + NaCl(aq) + 2 H3O+(aq) Na+(aq) + 3 H2O + Cl2(g) (Komproportionierung) Nachweis des entstehenden Chlorgases: 2 KI(aq) + Cl2(g) I2(aq) + 2 K+(aq) + 2 Cl-(aq) farblos I2(aq) + I-(aq) I3-(aq) braun (Charge-Transfer-Komplex)

25 3. Verwendung von Chlorverbindungen
Warum Chlorbleiche? OCl-(aq) + H2O HOCl(aq) + OH-(aq) HOCl(aq) + OH-(aq) H2O + Cl-(aq) + ½ O2 (g) (nascier.) Nascierender Sauerstoff für Bleichwirkung verantwortlich

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

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

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

29 D1 Die Reaktion im Streichholzkopf
3. Verwendung von Chlorverbindungen D1 Die Reaktion im Streichholzkopf 1.) Reibung erzeugt Wärme; Phosphorspuren gelangen an das Zündköpfchen 2.) Phosphor reagiert mit Luftsauerstoff und Kaliumchlorat (stark exotherm): 4 P (s) + 5 O2 (g) P4O10 (s) H < 0 10 KClO3 (s) + 12 P(s) KCl (s) + 3 P4O10 (s) H < 0  das Gemisch entzündet sich

30 3. Verwendung von Chlorverbindungen
3.) Freiwerdende Energie startet Reaktion von Kaliumchlorat und Schwefel (stark exotherm): 2 KClO3 (s) + 3/8 S8 (s) KCl (s) + 3 SO2 (g) H < 0  Paraffin wird entzündet; Holz beginnt zu brennen

31 Die Geschichte der Zündhölzer
3. Verwendung von Chlorverbindungen 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 ) Als ein Vorläufer der Streichhölzer, also Hölzchen, an denen eine Substanz angebracht ist, die sich durch Reiben (Streichen) an einer Fläche entzündet, kann man die sog. Phosphorbüchsen ansehen. Diese wurden gegen 1785 bekannt. Sie enthielten ein kleines Fläschchen mit in Öl oder Wachs gehüllten Phosphor und einige in Schwefel getränkte Hölzchen. Zum Feuer machen tunkte man einfach eines der Holzstäbchen in den Phosphor und zog es schnell an die Luft. Der Phosphor entzündete sich an der Luft und steckte das Holz in Brand Nachdem solche Zündhölzchen bereits existierten, lag die Idee nahe, dem zündenden Stoff Phosphor beizugeben. Solche Phosphorhölzchen gab es ab ca Sie wurden vermutlich an vielen Orten von vielen Personen unabhängig voneinander erfunden. Ihre Zündmasse enthielt im wesentlichen Kaliumchlorat, Schwefel, Phosphor und (ev.) Gummi arabicum in wechselnden Konzentrationen. Der Anteil des weißen Phosphors ging im Laufe der Zeit wegen seiner Gefährlichkeit wieder zurück. Weißer Phosphor ist nicht nur wegen seiner Entzündlichkeit gefährlich, sondern auch wegen seiner Giftigkeit. Ca. 11% der Arbeiter von Zündholzfabriken, vor allem aber auch Frauen und Kinder, die Zündhölzer in Heimarbeit herstellten, litten unter "Phosphornekrose", die sich durch Knochenveränderungen äußert und in besonders schweren Fällen zum Verlust des ganzen Unterkiefers oder sogar des Oberkiefers führen kann. Ab 1872 fingen verschiedene Staaten an, die Verwendung von weißem Phosphor zu verbieten. Nach dem ersten Weltkrieg waren solche Zündhölzchen nicht mehr im Handel vertreten.

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)

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

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

35 V4 Modellversuch zum fotographischen Prozess
4. Verwendung von Bromverbindungen V4 Modellversuch zum fotographischen Prozess Ag+(aq) + Br-(aq)  AgBr(s) Der fotografische Prozess: 2 AgBr(s)  2 Ag(s) + Br2 (g) (schwarz) Oxidation: 2 Br-  Br2 + 2e- Reduktion: 2 Ag+ + 2e-  2Ag h

36 Der fotografische Prozess:
4. Verwendung von Bromverbindungen 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  sind beweglich  werden reduziert 4.)
4. Verwendung von Bromverbindungen 4.) Silberionen auf Zwischengitterplätzen (Frenkel-Fehlordnung)  sind beweglich Silberionen wandern zu negativierten Empfindlichkeitskeimen  werden reduziert 5.)

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

39 4. Verwendung von Bromverbindungen
1.) Entwickeln: AgBr(s) Ag(s) + 2Br-(aq) 2.) Stoppen: HOAc(aq) + OH-(aq) H2O + OAc-(aq) 3.) Fixieren: AgBr(s) + 2 Na2S2O3 (aq) Ag(S2O3)23-(aq) + Br-(aq) + 4 Na+(aq) + 2 OH-(aq) – 2 H2O Agn

40 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) 5. Verwendung von Iodverbindungen Thyroxin

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

43 V5 Bestimmung des Iodatgehalts in Speisesalz
5. Verwendung von Iodverbindungen V5 Bestimmung des Iodatgehalts in Speisesalz IO3-(aq) + 5 I-(aq) + 6 H+(aq) I2 (aq) + 3 H2O , 6 S2O32-(aq) + 3 I2 (aq) S4O62-(aq) + 6 I-(aq) 1 Mol Iodat ~ 3 Mol Iod 3 Mol Iod ~ 6 Mol Thiosulfat

44 Der Iod-Stärke-Komplex
5. Verwendung von Iodverbindungen Der Iod-Stärke-Komplex Einlagerung von linearen Polyiodid-Ketten in die Hohlräume der Amylose Elektronendelokalisierung für blaue Farbe verantwortlich (Charge-Transfer-Komplex) Der lösliche Bestandteil der Stärke besteht aus Amylose (rechts). Mit ihr bildet Iod eine blaue Einschlußverbindung. Darunter versteht man Verbindungen, deren Aufbau weitgehend durch räumliche Verhältnisse und nicht durch Bindungsverhältnisse bestimmt werden. In diesen kanalartigen Hohlräumen ist das Iod eingelagert, und zwar in Form linearer Polyiodidketten, z.B. mit I5 –-Einheiten, in denen die Iodatome einen mittleren I-I Abstand von 310 pm aufweisen. Die Einheiten sind durch die Bindungen miteinander verknüpft, wodurch eine Elektronendelokalisierung entlang der Kette erleichtert wird, und sich das Auftreten der blauen Farbe erklären läßt. Auf der linken Abbildung ist der Iod-Stärke-Komplex zu sehen. 4 n H O 1 α O H CH2OH OH HO HOl

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

46 7. Quellen der Abbildungen:

47 Ende


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