Teil A – Desinfektionsmittel
Desinfektionsmittel für Hand- und Oberflächen gegen Bakterien, Pilze und Viren haben seit einigen Monaten einen festen Platz im Alltag eingenommen. Viele von ihnen enthalten hypochlorige Säure 
, deren Salz Natriumhypochlorit 
und Silber
-nitrat 
In anderen Bereichen wird Chlor zur Desinfektion genutzt.
1
Begründe für das Element Chlor anhand der Elektronenkonfiguration die Stellung des Elements im PSE.
(04 BE)
2
Gib für das Chlor-Molekül die Strukturformel mit bindenden und nichtbindenden Elektronenpaaren an.
(01 BE)
3
Lösungen mit Hypochlorit-Ionen dürfen nicht mit Säuren versetzt werden.
Begründe diesen Sicherheitshinweis mithilfe der Löslichkeit von Chlor in Wasser.
(03 BE)
4
Erläutere am Beispiel der Protolyse der hypochlorigen Säure in Wasser die Säure-Base-Theorie nach BRØNSTED.
(03 BE)
5
Erkläre mithilfe einer Modellvorstellung zum Bau der Metalle die elektrische Leitfähigkeit von Silber.
(02 BE)
6
Gibt man zu Silber-nitratlösung etwas Natriumchloridlösung, so entsteht ein weißer Niederschlag.
Erläutere dieses Reaktionsverhalten.
(02 BE)
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1
Stellung von Chlor im PSE
- Die Ordnungszahl von Chlor beträgt 17, was bedeutet, dass sich im Kern des Atoms 17 positiv geladene Protonen befinden, während sich in der Atomhülle 17 negativ geladene Elektronen befinden.
- Chlor befindet sich in der dritten Periode, was darauf hinweist, dass die 17 Elektronen auf drei Energieniveaus verteilt sind.
- Da Chlor in der VII. Hauptgruppe steht, hat es 7 Valenzelektronen oder Außenelektronen.
- Wird das BOHRSCHE Atommodell durch Sommerfeld erweitert, ergibt sich folgende Elektronenkonfiguration:
- Chlor gehört als Halogen (auch bekannt als "Salzbildner") zur VII. Hauptgruppe.
- Seine insgesamt 7 Valenzelektronen bestehen aus 2 Elektronen im
-Unterniveau und 5 Elektronen im
-Unterniveau.
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Strukturformel für das Chlor-Molekül
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Begründung des Sicherheitshinweises
- Chlor hat aufgrund seiner unpolaren Struktur nur eine begrenzte Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln wie Wasser.
- Durch Zugabe einer Säure zu einer Lösung von Chlorid- und Hypochlorit-Ionen kann Chlor erzeugt werden.
- Da Hydronium-Ionen
zugegeben werden, wird das Gleichgewicht auf die Seite der Produkte verschoben.
- Sobald die Sättigungsgrenze von Chlor in Wasser erreicht ist, wird giftiges Chlor-Gas freigesetzt, welches gesundheitsschädlich ist.
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Säure-Base-Theorie nach BRØNSTED
Für die Protolyse der hypochlorigen Säure in Wasser lässt sich folgende Reaktionsgleichung aufstellen:
- In wässriger Lösung gibt die hypochlorige Säure ein Proton an ein Wassermolekül ab – es bilden sich Hydronium- und Hypochlorit-Ionen.
- Die hypochlorige Säure ist damit der Protonendonator und eine BRØNSTED-Säure.
- Die Wassermoleküle fungieren hier als Protonenakzeptoren und BRØNSTED-Basen.
- Jedes abgegebene Proton wird von einem Wassermolekül aufgenommen, wobei ein Hydronium-Ion (auch als Oxonium-Ion bezeichnet) entsteht.
- Der Protonenübergang erfolgt von den Molekülen der hypochlorigen Säure zu den Wassermolekülen.
- Aufgrund der geringen Protolysefähigkeit der hypochlorigen Säure sind in der Lösung zwei korrespondierende Säure-Base-Paare vorhanden, die sich in einem chemischen Gleichgewicht befinden:
und
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Elektrische Leitfähigkeit von Silber
Zur Erklärung wird das Elektronengasmodell herangezogen:
- Silber bildet Metallkristalle mit einer Metallbindung in ihrem Gitter aus.
- Die Metallbindung im Silberkristall entsteht aufgrund der Anziehungskräfte zwischen den regelmäßig angeordneten Silber-Kationen, auch bekannt als Atomrümpfe, und den frei beweglichen Elektronen.
- Wenn Elektronen aus den Metall-Atomen (Silber-Atomen) abgegeben werden, entstehen Metall-Ionen, welche Silber-Ionen sind.
- Diese freien Elektronen bewegen sich bei nahezu homogener Ladungsverteilung frei im Gitter und können keinem Atom exakt zugeordnet werden.
- Wenn eine elektrische Spannung angelegt wird, erhalten diese frei beweglichen Elektronen eine gerichtete Bewegung und sind für die elektrische Leitfähigkeit von Silber verantwortlich.
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Erläuterung des Reaktionsverhaltens
- Hier findet eine Fällungsreaktion statt, bei der sich die Ionen zweier Lösungen zu Kristallen eines schwer löslichen Salzes vereinigen und die Bildung eines Niederschlags das charakteristische Merkmal ist.
- In der wässrigen Silber
während die Nitrat-Ionen negativ geladen sind
- In der Kochsalz- bzw. Natriumchloridlösung sind die Natrium-Ionen positiv geladen
und die Chlorid-Ionen negativ geladen
- Obwohl sowohl Silbernitrat als auch Kochsalz in Wasser gut löslich sind, bilden sie bei der Vermischung eine Fällungsreaktion.
- Hierbei vereinigen sich die Silber- und Chlorid-Ionen zu Kristallen des schwer löslichen Salzes Silberchlorid.
- Die zugehörige Reaktionsgleichung lautet:
- Basierend auf dem Löslichkeitsprodukt ist das Ausfallen von weißem Silberchlorid beobachtbar, sobald die Sättigungsgrenze überschritten wird.