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Halogenverbindungen
im Alltag
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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
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• Griech. Halos (Salzbildner)
• Nichtmetalle
• Aggregatzustände:– Zweiatomige Moleküle– Fluor und Chlor bei Raumtemperatur
gasförmig– Brom flüssig– Iod fest
1. Eigenschaften der Halogene
3
1. Eigenschaften der Halogene
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• Elektronenkonfiguration: – 2 s- und 5 p-Elektronen– Erreichen Edelgaskonfiguration durch:
a.) Bildung einer kovalenten Bindungb.) Bildung eines einfach geladenen Anions
• Oxidationskraft/ Elektronegativität:
F2
Cl2
Br2
I2
1. Eigenschaften der Halogene
ENF2
Cl2
Br2
I2
Ox
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• 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
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• 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
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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
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FCKW in der Atmosphäre
h CF2Cl2 CF2Cl + Cl
O3 + Cl O2 + OCl 2 OCl Cl2O2
Cl2O2 ClO2 + ClClO2 O2 + Cl
2 O3 3 O2
2. Verwendung von Fluorverbindungen
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• Fluorsalze (hauptsächlich
NaF) :
– Zusatz in Zahnpasta, Speisesalz
und Trinkwasser
– Empfehlung der WHO: 1ppm
– Kariesprophylaxe
2. Verwendung von Fluorverbindungen
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Versuch 1:Fluorid-Nachweis aus
Zahnpasta
2. Verwendung von Fluorverbindungen
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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
2. Verwendung von Fluorverbindungen
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Weshalb Fluoride in Zahnpasta?
• Hauptbestandteil des Zahnschmelzes: Hydroxylapatit Ca5(PO4)3OH (97%)
• Säureangriff des Hydroxylapatits:
Ca5(PO4)3OH(s)+ H3O+(aq) 5 Ca2+
(aq) + 3 PO4
3-(aq) + 2 H2O
• Austausch der OH–-Ionen aus dem Hydroxylapatit gegen Fluorid:
Ca5(PO4)3OH(s) +F–(aq) Ca5(PO4)3F(s) + OH–
(aq)
2. Verwendung von Fluorverbindungen
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• Fluorapatit gegenüber Säuren stabil
• Wirksamer Säureschutz für die Zähne
• Fluorierung als wichtiger Bestandteil der Kariesprophylaxe
2. Verwendung von Fluorverbindungen
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• 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
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Versuch 2:Glasätzen mit
Flusssäure
2. Verwendung von Fluorverbindungen
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V2: Glasätzen mit Flusssäure
CaF2 (s) + H2SO4 (l) 2 HF(g) + CaSO4 (s)
SiO2 (s) + 4 HF(g) SiF4 (g) + 2 H2O (l)
2. Verwendung von Fluorverbindungen
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• 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
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HF-Strukturen• Wasserstoffbrückenbindungen zwischen
den Molekülen:
2. Verwendung von Fluorverbindungen
HF
HF
HF
HF
120°
Kristallines HF
Gasförmiges HF
+
-
FH
H
FFH
HF
HF
F
H
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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
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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
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Pflanzenschutzmittel
• DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan)
Medikamente
• In Nasensprays
• In vielen Antibiotika
• In Antimykotika
CCl3
ClCl
3. Verwendung von Chlorverbindungen
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Kühlmittel:• Dichlordifluormethan (Frigen®)
Treibmittel:• Trichlorfluormethan• Dichlordifluormethan
Bleichmittel/Desinfektionsmittel• Elementares Chlor• Hypochlorit-Lösungen• Chlorite• Chlordioxid
3. Verwendung von Chlorverbindungen
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Versuch 3:Chlorgasentwicklung aus Haushaltsreiniger
3. Verwendung von Chlorverbindungen
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• Chlorreiniger mit Essigreiniger: +1 -1 0
NaOCl(aq) + NaCl(aq) + 2 H3O+(aq) 2 Na+
(aq) + 3 H2O + Cl2(g)
(Komproportionierung)
• Nachweis des entstehenden Chlorgases:
-1 0 0 -1
2 KI(aq) + Cl2(g) I2(aq) + 2 K+(aq) + 2 Cl-(aq)
farblos
0 -1 -1
I2(aq) + I-(aq) I3
-(aq)
braun
3. Verwendung von Chlorverbindungen
(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 O2 (g)
(nascier.)
Nascierender Sauerstoff für Bleichwirkung verantwortlich
3. Verwendung von Chlorverbindungen
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• Natriumchlorid:– Als Nahrungsmittel (Speisesalz)
• Kaliumchlorat:– In Feuerwerkskörpern– In Streichhölzern
3. Verwendung von Chlorverbindungen
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Demonstration 1:Die Reaktion im Streichholzkopf
3. Verwendung von Chlorverbindungen
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D1 Die Reaktion im Streichholzkopf
Zusammensetzung der Zündhölzer:
Kaliumchlorat, Braunstein, Schwefel, Gelatine, Glasmehl
Roter Phosphor
Wachs
3. Verwendung von Chlorverbindungen
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D1 Die Reaktion im Streichholzkopf
1.) Reibung erzeugt Wärme; Phosphorspuren gelangen an das Zündköpfchen
2.) Phosphor reagiert mit Luftsauerstoff und Kaliumchlorat (stark exotherm):
0 0 +5 -24 P (s) + 5 O2 (g) P4O10 (s) H < 0
+5 0 -1 +510 KClO3 (s) + 12 P(s) 10 KCl (s) + 3 P4O10 (s) H <
0
das Gemisch entzündet sich
3. Verwendung von Chlorverbindungen
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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
3. Verwendung von Chlorverbindungen
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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 )
3. Verwendung von Chlorverbindungen
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4. Verwendung von 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
BrBrO
Br
4. Verwendung von Bromverbindungen
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Bleichmittel/Desinfektionsmittel:• Elementares Brom
Schädlingsbekämpfung • Methylbromid
Arzneimittel • Beruhigungs- und Schlafmittel
(Bromazepam, früher KBr)
Silberbromid:• Lichtempfindliche Substanz in Foto-Filmen
Br
NH
N
O
N
4. Verwendung von Bromverbindungen
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Versuch 4:Modellversuch zum
fotografischen Prozess
4. Verwendung von Bromverbindungen
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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
4. Verwendung von Bromverbindungen
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Der fotografische Prozess:Absorption eines Photons geeigneter Wellenlänge Abspaltung eines Elektrons vom Halogenid-Ion
Entstehung einer Leerstelle (Defektelektron) = Bromatom (Bromradikal)
Elektron wandert undwird von Empfindlichkeitskeim eingefangen Empfindlichkeitskeim durch „chemische Reifung“ hergestell
4. Verwendung von Bromverbindungen
1.)
2.)
3.)
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Silberionen auf Zwischengitterplätzen (Frenkel-Fehlordnung)
sind beweglich
Silberionen wandern zu negativierten Empfindlichkeitskeimen
werden reduziert
4. Verwendung von Bromverbindungen
4.)
5.)
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Latentes Bild
Sichtbares Bild
GelatineSilberbromid-KornTräger
Silbercluster
Belichtung
Entwicklung
Fixierung
4. Verwendung von Bromverbindungen
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1.) Entwickeln:
AgBr(s) + 2 Ag(s) + 2Br-
(aq)
2.) Stoppen:
HOAc(aq) + OH-(aq) H2O + OAc-
(aq)
3.) Fixieren:
AgBr(s) + 2 Na2S2O3 (aq) Ag(S2O3)23-(aq) + Br-
(aq)
+ 4 Na+(aq)
OH
OH O
O
+ 2 OH-(aq) – 2 H2O
Agn
4. Verwendung von Bromverbindungen
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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)
5. Verwendung von Iodverbindungen
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• 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
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Versuch 5:Bestimmung des Iodatgehaltes in
Speisesalz
5. Verwendung von Iodverbindungen
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V5 Bestimmung des Iodatgehalts in Speisesalz
+5 -1 0 IO3
-(aq) + 5 I-(aq) + 6 H+
(aq) 3 I2 (aq) + 3 H2O
+2 0 +2,5 -1
6 S2O32-
(aq) + 3 I2 (aq) 3 S4O62-
(aq) + 6 I-(aq)
• 1 Mol Iodat ~ 3 Mol Iod
• 3 Mol Iod ~ 6 Mol Thiosulfat
5. Verwendung von Iodverbindungen
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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
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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
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7. Quellen der Abbildungen:
Microsoft
Word-Dokument
7. Quellen der Abbildungen
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Ende