Demonstrationen zu den Halogenen
Didaktische Bemerkungen Die Versuche werden beschrieben, da sie in elementaren Versuchen die Eigenschaften der Halogene verdeutlichen. Wie bei den
Versuchen mit den Alkalimetallen werden bei den Halogenen als Elementfamilie der 17. Gruppe im Periodensystem Verwandtschaften und Ordnungskriterien im PSE deutlich. Es treten ähnliche Stoffeigenschaften auf, die aber von Element zu Element variieren. Reagieren Halogene mit Alkalimetallen (oder anderen Metallen), entstehen Ionenbindungen. Die gebildeten Salze kommen in der Natur als Mineralien in großer Vielfalt vor. Das hohe Reaktionsverhalten der Halogene lässt sich auch damit erklären, dass die Atome der Halogene 7 Valenzelektronen in der äußeren Schale besitzen und daher nur noch ein Elektron
zum Erreichen der Edelgaskonfiguration benötigen.
**) Werte geschätzt Demonstration 1 Chlor herstellen Hinweise: Beim Arbeiten mit Chlor ist höchste Vorsicht geboten. Alle Demonstrationen mit Chlor
dürfen nur in einem vollständig geschlossenen Abzug durchgeführt werden. Entspricht die vorliegende Anlage nicht den Vorschriften beim Arbeiten mit Chlor, können die hier beschriebenen Versuche nicht vorgeführt werden. Chlor ist ein sehr giftiges Gas. Luft, die 0,5 bis 1% Chlorgas enthält, wirkt auf den Menschen rasch tödlich. Chlor wirkt ätzend auf die Schleimhäute, da in der Lunge und auf den feuchten Schleimhäuten
Chlorwasserstoff und damit auch Salzsäure gebildet wird. Es ist selbst in einer Verdünnung von 1 zu 100000 noch bemerkbar. Beim Arbeiten mit Chlor in der Schule kann ein vollständiger Schutz nicht immer gewährleistet werden, da das Gas schwerer als Luft ist und unter Umständen auch aus dem Abzug
herausfließt. Es wird empfohlen, diesen Versuch nicht durchzuführen und einen Film zu zeigen: Bemerkungen: Bei höheren Temperaturen entsteht bei dieser Reaktion auch noch Sauerstoff. Um das zu verhindern, müsste der Reaktionskolben von außen mit Eis gekühlt werden. Zur Reinigung wird das entstehende Chlor nacheinander durch zwei Gaswaschflaschen geleitet: Die erste enthält konzentrierte Kaliumpermanganat-Lösung und die zweite konzentrierte Schwefelsäure. Bei diesem Aufbau besteht allerdings die Gefahr, dass die Flüssigkeiten in den Reaktionskolben zurückgedrückt werden und Chlor aus dem Tropftrichter entweicht. Chlor lässt sich mit Aktivkohle oder mit Natriumthiosulfat-Lösung absorbieren . Beobachtungen: Beim Tropfen der Salzsäure auf das Kaliumpermanganat entsteht ein gelbgrünes Gas, das sich im Standzylinder sammelt. Das kurzzeitige Abheben der Glasplatte führt zu keinem nennenswerten Gasverlust. 2 KMnO4 + 16 HCl 5 Cl2 + 8 H2O + 2 MnCl2 + 2 KCl
„Der französische Brigadegeneral Jean Henry Mordacq (...) ritt mit einigen Soldaten in Richtung Front. In der Nähe des Ypernkanals bemerkten sie heftiges Ohrensausen sowie ein Kratzen in der Kehle. Zunehmend traten auch Atembeschwerden auf. Als dann selbst die Pferde bockten, ging es zu Fuß
weiter. Am Kanal kamen ihnen die ersten flüchtenden Soldaten entgegen, die ihre Waffen weggeworfen hatten und mit weit geöffneten Uniformen wie Irrsinnige nach hinten eilten. Sie schrien laut nach Wasser, spuckten Blut. Einige wälzten sich am Boden und rangen vergeblich nach Luft.“ (nach: J.H. Mordacq: Le Drame de l'Yser, Paris 1933, in: Dieter Martinetz, Der Gaskrieg 1914-1918, Bonn 1996) Demonstration 2 Bleichwirkung des Chlors Film Theorie: Das sehr reaktionsfreudige Chlor zerstört die Farbstoffe. In seiner Reaktionsfähigkeit wird es nur noch vom Fluor übertroffen. Chlor reagiert mit vorhandener Feuchtigkeit zu Chlorwasserstoff und atomarem
Sauerstoff, der die Farbstoffe oxidiert: Cl2 + H2O 2 HCl + ½O2 Demonstration 3 Brom verdampfen Hinweise: Brom und vor allem seine Dämpfe sind noch toxischer als Chlor. Daher gilt ebenfalls die höchste Sicherheitsstufe. Gelangt flüssiges
Brom auf die Haut, entstehen tiefe Verätzungen mit schwer heilenden Wunden. Abzug, Schutzbrille und Schutzhandschuhe sind unbedingt notwendig. Eine besondere Gefahr für die Hände geht von den früher verwendeten Doppelkappenflaschen aus, da sich dort verdampftes und wieder kondensiertes Brom (Siedepunkt: +58,78 °C) im äußeren Kappenrand sammeln kann. Das Umfallen einer mit Brom gefüllten Flasche im Unterrichtsraum hat schon öfters zu
Chemieunfällen an Schulen geführt. Daher wird empfohlen, auf Experimente mit Brom an den Schulen ganz zu verzichten und Filme einzusetzen: Beobachtungen: Langsam verdampft das flüssige Brom schon bei Zimmertemperatur, wobei sich rotbraune Dämpfe im Gefäß verbreiten.
Demonstration 4 Iod sublimieren und resublimieren Durchführung: Zum Sublimieren von Iod verwendet man einen Kühlfinger, den man aus einem Reagenzglas mit Seitenrohr herstellt und in einen Rundkolben stellt, wobei die seitlichen Öffnungen mit Glaswolle abgedichtet werden. Im Handel sind auch dafür geeignete Sublimationsapparaturen
erhältlich. Beobachtungen: Das feste Iod am Boden des Rundkolbens verdampft, ohne vorher flüssig zu werden. Die violetten Iod-Dämpfe resublimieren am Kühlfinger, und nadelförmige Iod-Kristalle scheiden sich daran ab. Demonstration 5 Chlor reagiert mit Natrium Hinweise und vorbereitende Arbeiten: Zur Herstellung eines Reagenzglases mit einem unten ausgeblasenen Loch wird das Reagenzglas mit einem
durchbohrten Stopfen verschlossen und mit einer langen Glasröhre verbunden. Dann erhitzt man eine Stelle seitlich in Bodennähe mit der nicht leuchtenden Flamme, bis das Glas erweicht. Durch Blasen in die Röhre kann ein Loch erzeugt werden, das durch vorsichtiges Schlagen auf die Unterlage erweitert wird. Zum Hineinhalten des Reagenzglases in den Standzylinder während der Reaktion befestigt man eine Drahtschlinge am oberen Ende. Im Laborhandel sind dafür auch spezielle Halterungen erhältlich.
Es wird empfohlen, auf dieses Experiment zu verzichten und einen Film zu zeigen. Durchführung: Ein erbsengroßes Stück Natrium wird sorgfältig endrindet, mit einem
Papierhandtuch getrocknet und zu einer Kugel geformt. Das Natrium darf dabei nicht angefasst werden! Die Kugel wird in das ausgeblasene Reagenzglas gegeben und von außen mit der nicht leuchtenden Brennerflamme vorsichtig erhitzt, bis das Natrium gelb aufglüht. Damit die Reaktion auch sicher anläuft, bläst man noch vorsichtig durch das Loch kurz auf das Natrium und hält dann das Reagenzglas in den mit Chlor gefüllten Standzylinder. 2 Na + Cl2 2 NaCl ΔHR = −822 kJ/mol AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3 Während man früher noch das Salz in Bergwerken eigenhändig abbaute, gewinnt man es heute durch Einpumpen von Wasser, wobei aus dem Berg eine salzhaltige Sole zurückfließt. Aus
dieser kann das Salz durch Verdunsten des Wassers gewonnen werden. In südlichen Ländern gewinnt man das Salz in Salinen durch Trocknung des Meerwassers. Bei der Reaktion von Natrium mit Chlor gibt ein Natrium-Atom sein einzelnes
Valenzelektron an die Valenzschale eines Chlor-Atoms ab. So bekommen beide Atome die Edelgaskonfiguration, wobei die Atome eine Ladung erhalten und Ionen entstehen. Das Cl−-Ion wird als Chlorid-Ion bezeichnet und kennzeichnet die
Chloride. Film Die Ladungsunterschiede bewirken eine Anziehungskraft zwischen den Ionen, so dass eine Ionenbindung entsteht. Da die
Ionen im Verhältnis 1 zu 1 vorkommen, bildet sich ein regelmäßiges Ionengitter in würfelförmiger Anordnung. Dies erklärt das Würfelwachstum eines Natriumchlorid-Kristalls in der Natur. In der Natur existieren viele Minerale, die im kubischen Kristallsystem Würfel ausbilden, doch nicht alle davon sind Halogenide. Wird ein Kochsalz-Kristall in Wasser gelöst, bleiben die Ionen erhalten, sie schwimmen dann aber frei als Ladungsträger in der Lösung. Daher leitet salzhaltiges Wasser den elektrischen Strom. Theoretisch könnte man in destilliertem Wasser gefahrlos baden, auch wenn ein Fön hineinfällt. Aber schon ein Löffel Salz würde dem Badespaß ein schnelles und jähes Ende bereiten. Demonstration 6 Chlor reagiert mit Eisen-Wolle 2 Fe + 3 Cl2 2 FeCl3
ΔHR = −392 kJ/mol Chlor reagiert mit Eisen-Wolle (links) und mit Natrium (rechts). Film Demonstration 7 Aluminium reagiert mit Brom Zunächst füllt man ein an einem Stativ befestigtes
Reagenzglas (20×180 mm) mit Hilfe einer Sicherheitspipette zwei Zentimeter hoch mit Brom und erwärmt das Brom kurz mit dem Brenner. Ein 10×10 cm großes Stück Aluminium-Folie wird aufgerollt und mit einer Tiegelzange in das flüssige Brom geworfen. Es wird empfohlen, auf dieses Experiment zu verzichten und einen Film zu zeigen. Brom reagiert mit Magnesium (links) und mit Aluminium (rechts) Film Theorie: Brom reagiert mit dem Aluminium in einer exothermen Reaktion zu
Aluminiumbromid, das im Reinzustand glänzende, farblose Blättchen bildet: 2 Al + 3 Br2 2 AlBr3 Film Theorie: Magnesium reagiert mit Iod zu Magnesiumiodid, das an der weißen Farbe erkennbar ist. Mg + I2
MgI2 Demonstration 9 Eigenschaften der Halogenide a) Ein würfelförmiger Halit-Kristall wird gezeigt und den Schülerinnen und Schülern in die Hände gegeben. Sie sollen den Finger befeuchten und den salzigen Geschmack des Kristalls testen. c) In einer Schülerübung kann gezeigt werden, dass nicht nur
die Halogenide, sondern auch andere Salze beim Auskristallisieren Kristalle mit besonderen Formen annehmen (Download einer Arbeitsanleitung). Schöne Fotos finden sich in der Mineraliengalerie. Je nach Kristallsystem bilden sich die Formen. Die
Farben der Mineralien werden oft durch Fremd-Atome erreicht. Das Umkristallisieren ist ein chemisches Arbeitsverfahren zur Reinigung von Stoffen. Manche Fluorite
verhalten sich wie „Chamäleons“ und können ihre Farbe wechseln: Sie erscheinen bei Kunstlicht grünlich und bei Tageslicht bläulich. Ein Klassiker sind die Fluorite aus der Blanchard Mine in England. Manche der Stücke zeigen auch Thermolumineszenz: Sie strahlen Licht aus, wenn sie auf einer Herdplatte erhitzt werden. Fluoride werden auch oft zur
Fluoridierung von Lebensmitteln eingesetzt, zum Beispiel für Trinkwasser oder im Speisesalz. Das bei der Aufnahme der Nahrung in geringsten Konzentrationen frei werdende Fluor soll vor Karies an den Zähnen vorbeugen. Die Anwendung ist aufgrund möglicher Gesundheitsschäden umstritten. Welche Elemente bilden die Elementfamilie Halogene?Die Halogene bilden die 7. Hauptgruppe im Periodensystem. Zu ihnen gehören die Elemente Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat.
Wie reagieren die Halogene mit anderen Elementen?Die Halogene reagieren heftig mit anderen Stoffen, insbesondere mit unedlen Metallen, die leicht Elektronen abgeben. Weil sie auch mit Wasser und organischen Verbindungen reagieren, sind sie beim Einatmen giftig und wirken ätzend. In der Natur kommen sie nicht elementar vor.
Welche gemeinsamen Eigenschaften haben Halogene?Physikalische Eigenschaften
Elementare Halogene sind farbige, leicht flüchtige bis gasförmige Substanzen, die in Wasser löslich sind (Fluor reagiert). Ihre Farbintensität, Siedepunkte und Dichte nehmen mit der Ordnungszahl zu. Sie liegen in Form von zweiatomigen Molekülen der Form X2 vor (z.
Sind alle Halogene gasförmig?Im Normalzustand sind Fluor und Chlor somit gasförmig, Brom ist flüssig und Iod ist ein Feststoff. Auch die Farbigkeit der Halogene nimmt von Fluor zu Iod hin zu.
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