Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo Chlor bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 100 pm — das entspricht 0,1 nm; etwa 5 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.
Temperaturbereich
Chlor ist über einen Bereich von 68 K flüssig, von 172 K bis 239 K.
Wo es steht
Chlor befindet sich in Periode 3, Gruppe 17. Alle Elemente in Gruppe 17 besitzen die gleiche Anzahl an Außenelektronen und verhalten sich deshalb so ähnlich.
Andere Halogene
Alle HalogeneDie Geschichte
Chlor ist das Jekyll und Hyde unter den Elementen – ein tödliches Gift, das Sie gesund hält. Als Gas ist es eine grünlich-gelbe chemische Waffe, die so giftig ist, dass sie im Ersten Weltkrieg in Schützengräben eingesetzt wurde. In Verbindung mit Natrium wird es jedoch zu Kochsalz, das für das Leben unerlässlich ist. Dieses schizophrene Element desinfiziert Schwimmbäder und Trinkwasser und bewahrt Millionen Menschen vor wasserbedingten Krankheiten, doch in reiner Form greift es die Lunge an und kann innerhalb weniger Minuten tödlich sein. Chlorbleiche macht Ihre Kleidung weiß und tötet 99,9 % der Keime ab, wodurch sie zu einem der bedeutendsten Werkzeuge der öffentlichen Gesundheit wird. Ihre Magensäure enthält Chlor in Form von Salzsäure, die stark genug ist, Metall aufzulösen. Von PVC-Rohren bis zu Pestiziden, von Arzneimitteln bis zu Mikrochips – Chlor ist aus dem modernen Leben nicht wegzudenken, nur niemals in seiner reinen, beängstigenden Form.
Die Geschichte des Chlors beginnt mit Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), einem schwedischen Apotheker, der in seinem kleinen Labor in Köping, Schweden, arbeitete. An einem Wintertag im Jahr 1774 erhitzte Scheele Pyrolusit (Mangandioxid) mit Salzsäure (Chlorwasserstoffsäure) und beobachtete ein stechend riechendes, grünlich-gelbes gasförmiges Produkt, das Blumen bleichte und seine Lungen verätzte. Er nannte diesen rätselhaften Stoff „dephlogistisierte Salzsäure“ und glaubte, es handle sich um Salzsäure, der ihr Phlogiston entzogen worden war.
Scheeles Notizbucheintrag vom Dezember 1774 hielt fest: „Ein gasförmiger Stoff von gelblich-grüner Farbe entwickelte sich, der einen sehr erstickenden Geruch hatte und die Lungen schrecklich verbrannte.“ Seine Reaktion (MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂) hatte die erste aufgezeichnete Probe von reinem Chlorgas erzeugt.
Claude Louis Berthollet (1748-1822), der renommierte französische Chemiker, untersuchte Scheeles gasförmigen Stoff von 1785-1789 eingehend. Zunächst unterstützte Berthollet Scheeles Verbindungstheorie, entdeckte die bemerkenswerten Bleich-Eigenschaften des gasförmigen Stoffes und etablierte die kommerzielle Herstellung von Bleichpulver. Er blieb jedoch überzeugt, dass der gasförmige Stoff Sauerstoff enthielt, und nannte ihn „oxygenierte Salzsäure“.
Die Kontroverse verschärfte sich, als Antoine Lavoisier (1743-1794) darauf bestand, dass alle Säuren Sauerstoff enthalten müssten (vom griechischen „oxys genes“ – Säurebildner). Dies löste eine 30-jährige wissenschaftliche Debatte über die wahre Natur des Chlors aus.
Das Rätsel wurde von Sir Humphry Davy (1778-1829) an der Royal Institution in London gelöst. Mit seinem neu erfundenen Elektrolyseapparat versuchte Davy, den grünen gasförmigen Stoff zu zerlegen und dessen vermeintlichen Sauerstoffbestandteil zu gewinnen. Trotz monatelanger Experimente in den Jahren 1807-1810 gelang es ihm nicht, Sauerstoff zu extrahieren.
Am 12. Juli 1810 präsentierte Davy der Royal Society seine bahnbrechende Schlussfolgerung: „Ich neige zu der Annahme, dass der Stoff, den wir untersucht haben, keine Verbindung, sondern ein einfacher Stoff ist.“ Er benannte ihn nach dem griechischen „chloros“ (blassgrün) als „Chlor“ und erkannte ihn damit schließlich als grundlegendes Element.
Davys Kollege Michael Faraday (1791-1867) leistete wichtige Unterstützung, indem er Chlor 1823 erfolgreich verflüssigte, seine besonderen physikalischen Eigenschaften nachwies und seinen Elementcharakter bestätigte.
Charles Tennant (1768-1838), ein schottischer Chemiker und Geschäftsmann, revolutionierte die Textilindustrie, indem er 1799 Bleichpulver entwickelte. Seine Fabrik in St. Rollox, Glasgow, wurde zum größten chemischen Werk der Welt und stellte Calciumhypochlorit [Ca(ClO)₂] her, indem sie Chlorgas über gelöschten Kalk leitete.
Tennants Innovation veränderte die Textilherstellung grundlegend – das traditionelle Bleichen mit Buttermilch und Sonnenlicht dauerte 6-8 Monate, während das Bleichen mit Chlor nur wenige Stunden benötigte. Bis 1815 produzierte sein Unternehmen jährlich 9,000 Tonnen, beschäftigte über 1,000 Arbeiter und erzielte enorme Gewinne.
Die moderne Chlorindustrie begann mit Hamilton Young Castner (1858-1899) und Karl Kellner (1851-1905), die unabhängig voneinander elektrolytische Verfahren zur Herstellung von Chlor und Natriumhydroxid aus Salzwasser entwickelten. Castners Quecksilberzelle von 1892 und Kellners Diaphragmazelle von 1894 konkurrierten erbittert und gingen schließlich in der Castner-Kellner Company zusammen.
Herbert Henry Dow (1866-1930) revolutionierte die amerikanische Chlorproduktion, indem er 1897 die Dow Chemical Company gründete. Seine innovativen Elektrolysezellen nutzten die unterirdischen Solevorkommen von Midland, Michigan, und machten Dow bis 1920 zum größten Chlorproduzenten der Welt.
Chlors dunkles Kapitel begann am 22. April 1915 in der Zweiten Flandernschlacht, als deutsche Truppen 168 Tonnen Chlorgas freisetzten und damit den ersten groß angelegten Angriff mit chemischen Waffen auslösten. Fritz Haber (1868-1934), der später für die Ammoniaksynthese mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, leitete dieses Programm trotz des Widerstands seiner Frau Clara und ihres späteren Suizids aus Protest.
Der Angriff tötete 5,000 alliierte Soldaten und verwundete weitere 10,000, wodurch eine neue Ära der chemischen Kriegsführung begann. Beide Seiten entwickelten anschließend ausgefeiltere chemische Waffen, obwohl die Sichtbarkeit des Chlors und die groben Methoden zu seiner Freisetzung seine Wirksamkeit begrenzten.
Das bedeutendste Vermächtnis des Chlors entstand durch die Desinfektion von Wasser. John L. Leal (1858-1914) führte 1908 in Jersey City, New Jersey, die erste kontinuierliche Chlorung der kommunalen Wasserversorgung durch. Trotz rechtlicher Anfechtungen durch Einwohner, die eine „chemische Vergiftung“ befürchteten, beseitigte Leals System innerhalb von zwei Jahren die Todesfälle durch Typhus.
Abel Wolman (1892-1989) und Linn Enslow verfeinerten die wissenschaftlichen Grundlagen der Chlorung und entwickelten Dosierungsberechnungen sowie Verfahren zur Überwachung von Restchlor, die zu weltweiten Standards wurden. Ihre Arbeit ermöglichte Milliarden Menschen sicheres Trinkwasser und zählt zu den größten Errungenschaften des Gesundheitswesens im 20. Jahrhundert.
Anwendungen
Chlor revolutionierte die öffentliche Gesundheit als weltweit meistverwendetes Wasserdesinfektionsmittel. Die kommunale Wasseraufbereitung nutzt drei primäre Chlorierungsverfahren:
Die Weltgesundheitsorganisation empfiehlt für sicheres Trinkwasser einen Restchlorgehalt von 0,2–0,5 mg/L. Zu den wichtigsten Lieferanten gehören Olin Corporation, Occidental Chemical und ERCO Worldwide, die jährlich mehr als 70 Millionen Tonnen produzieren.
Chlor dient durch die Chloralkali-Elektrolyse als Baustein für unzählige Chemikalien:
Chlordioxid (ClO₂) revolutionierte das Bleichen von Papier und ersetzte elementares Chlor, um die Umweltbelastung zu verringern. Kraftzellstoffwerke verwenden ECF-Bleichsequenzen (Elemental Chlorine Free) wie D₀-E₁-D₁-E₂, wobei D für ClO₂-Stufen und E für alkalische Extraktion steht. Unternehmen wie International Paper und Georgia-Pacific verbrauchen 200–300 kg ClO₂ pro Tonne gebleichtem Zellstoff.
Die Chlorierung von Schwimmbecken hält den Gehalt an freiem Chlor durch verschiedene Dosiersysteme bei 1–3 ppm:
Chlorverbindungen sind für die pharmazeutische Herstellung unerlässlich:
Organochlorverbindungen dominierten historisch die Pestizidmärkte, obwohl viele inzwischen eingeschränkt sind:
Die Chlor-Metallurgie gewinnt Titan, Zirconium und Seltenerdmetalle durch Chlorierungsverfahren. Das Kroll-Verfahren verwendet Chlor, um Rutil (TiO₂) in Titantetrachlorid (TiCl₄) umzuwandeln, das anschließend mit Magnesium reduziert wird, um Titanmetall für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt herzustellen.
Woher es stammt
145 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 85 % der Elemente
Chlor ist mit ungefähr 145 ppm das 21.-häufigste Element in der Erdkruste, kommt in der Natur aufgrund seiner extremen Reaktivität jedoch niemals frei vor. Stattdessen liegt Chlor ausschließlich in ionischer Form als Chlorid (Cl⁻) vor und bildet die Grundlage der Salzchemie und der Ozeansysteme der Erde.
Die Weltmeere enthalten schätzungsweise 1,9 × 10¹⁶ kg Chloridionen, die 55 % aller gelösten Salze ausmachen. Meerwasser enthält durchschnittlich 19.400 ppm Chlorid (35 Teile pro Tausend Gesamtsalzgehalt), entsprechend etwa 35 Gramm Salz pro Liter. Dieses gewaltige Chloridreservoir beeinflusst:
Die Verdunstung urzeitlicher Meere schuf weltweit gewaltige Chloridmineralvorkommen:
Die Evaporite des Perm-Beckens bildeten sich vor 250 Millionen Jahren, als das Permmeer verdunstete und Chloridablagerungen hinterließ, die sich über Texas, Oklahoma und Kansas erstrecken.
Übersalzene Umgebungen reichern Chloride auf extreme Konzentrationen an:
Natürliches atmosphärisches Chlor stammt aus mehreren Quellen:
Das stratosphärische Chlor aus natürlichen Quellen beträgt durchschnittlich 0,6 ppbv, während anthropogene Quellen zusätzlich mehr als 3 ppbv eingebracht haben und zur Ozonzerstörung beitragen.
Lebende Organismen reichern Chlor aktiv an und wandeln es um:
Chloridminerale entstehen durch mehrere Mechanismen:
Chlor entsteht in massereichen Sternen durch explosives Siliziumbrennen während Supernovaereignissen. Das Isotop ³⁵Cl (75,8 % Häufigkeit) entsteht aus Reaktionen von Schwefel-34 + Proton, während ³⁷Cl (24,2 %) aus Prozessen mit Argon-36 + Proton hervorgeht. Meteoriten enthalten Chlor als Lawrencit (FeCl₂) und Sodalith (Na₈Al₆Si₆O₂₄Cl₂), was auf die Chlorchemie des frühen Sonnensystems hinweist.
Handhabung
Chlor gasförmig (Cl₂) ist äußerst gefährlich; der IDLH-Wert (unmittelbar lebens- und gesundheitsgefährlich) liegt bei 10 ppm. Gesundheitliche Auswirkungen je nach Konzentration:
NIOSH-Empfehlungen sind strenger: 0.5 ppm TWA für Chlor gasförmig mit einem Deckenwert von 1 ppm.
Atemschutz:
Haut- und Augenschutz:
Chlorgasflaschen:
Hypochloritlösungen:
Exposition gegenüber Chlor gasförmig:
Maßnahmen bei Verschüttungen:
Trinkwasserstandards: Der maximale Rückstandshöchstwert für Desinfektionsmittel (MRDL) der EPA beträgt 4.0 mg/L freies Chlor. Sicherheit in Schwimmbädern: 1-3 ppm freies Chlor aufrechterhalten, niemals 5 ppm überschreiten. Innenraumluftqualität: Chloramine aus Schwimmbädern sollten 0.5 mg/m³ nicht überschreiten, um Reizungen der Atemwege zu verhindern.
Chlor niemals mischen mit: Ammoniak (bildet toxische Chloramine), Säuren (erzeugen Chlor gasförmig), Wasserstoffperoxid (heftige Reaktion), Alkoholen (Brand- und Explosionsgefahr) oder organischen Materialien (mögliche Verbrennung).
Schnelle Antworten
Chlor (Symbol Cl) ist Element 17 im Periodensystem, ein Halogen in der 3, Gruppe 17. Ein blassgrünes Gas, das Bakterien abtötet und Textilien bleicht — und gebunden an Natrium auf Ihrem Esstisch steht. Bei Raumtemperatur ist es gasförmig.
[Ne] 3s² 3p⁵; sie ergibt 3 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 7. Seine Außenschale enthält 7 Elektronen, wodurch sein Bindungsverhalten bestimmt wird.Chlor schmilzt bei 171.6 K (-101.5 °C) und siedet bei 239.1 K (-34 °C).
Die Standardatommasse von Chlor beträgt 35.45 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.
Chlor ist bei Raumtemperatur gasförmig; seine Dichte beträgt bei 0 °C und 1 atm etwa 3.214 g/L – es ist ungefähr schwerer als Luft.
Chlor hat eine Elektronegativität von 3.16 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Ein so hoher Wert bedeutet, dass es dazu neigt, Elektronen von fast allem abzuziehen, mit dem es Bindungen eingeht.
Chlor wurde 1774 von Carl Wilhelm Scheele entdeckt. Es ist nach griechisch chloros, „blassgrün“ benannt.
Chlor macht Über 145 mg/kg der Erdkruste aus — genug, um im großen Maßstab abgebaut zu werden.