Nachweis von Halogenen

Im Rahmen der Ausbildung für verschiedene naturwissenschaftliche Berufe (z.B. Humanmediziner, Veterinärmediziner, Biologen......) müssen auf jeden Fall auch ausreichende Kenntnisse der Chemie vermittelt werden.

Hierbei wird unter anderem auch der Nachweis von verschiedenen chemischen Elementen im Labor durchgeführt.  

Im Folgendem steht der Nachweis von Halogenen im Vordergrund. Ihre Verbindungen besitzen zwar bei industriellen Prozessen eine große Bedeutung, sie sind jedoch für die Umwelt nicht unbedenklich. Daher sollen an dieser Stelle einige Informationen zusammengestellt werden.

Halogene stellen in bestimmter Zusammensetzung eine Gefahr für die Umwelt auf verschiedenen Ebenen dar. Vor allem organische Halogenverbindungen, insbesondere die sog. FCKW (Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe; die chemisch korrekte Bezeichnung ist CFKW: Chlor-Fluor-Kohlenwasserstoffe) wie CFCl₃, CF₂Cl₂ und CHClF₂ besitzen durch ihre Ozon-abbauende Wirkung einen großen Einfluss auf die Atmosphäre. Der verstärkte Abbau der Ozonschicht senkt den effektiven Schutz vor gefährlicher UV-Strahlung.

Zusätzlich stellen FCKW's wirksame Treibhausgase dar.

Der Salzgehalt (Halogene von griechisch háls = Salz) von Gewässern spielt eine wichtige Rolle für die darin lebenden Tiere und Pflanzen, da diese auf einen osmotischen Druckausgleich angewiesen sind. Ein zu hoher oder zu niedriger Salzgehalt ist daher schädlich.

Eine mögliche Ursache für die Versalzung des Bodens ist in der Bewässerung mit Wasser eines zu hohen Salzgehaltes und in Düngemittelgaben zu finden. Eine wichtige Rolle spielen auch die im Winter verwendeten Tausalze, vornehmlich Natriumchlorid. Die schädigende Wirkung geht eher von den Natrium-Ionen als von den Chlorid-Ionen aus: sie umgeben sich mit einer Hydrathülle, wodurch ihr Umfang zunimmt und als Folge der Boden aufquillt. Dadurch verschlechtert sich die Durchlüftbarkeit und die Wasserkapazität der Böden.

Der Nachweis von Halogenen hat somit eine große Bedeutung bei der Überprüfung der Umwelttauglichkeit verwendeter Stoffe. Die Prävention möglicher Umweltschäden steht dabei im Vordergrund.  

Nachstehend werden einige der Methoden zur Bestimmung von einigen Halogenen (Gruppe VII des Periodensystems der Elemente) dargestellt und zwar für folgende Ionen:

·        Chlorid-Ionen

·        Bromid-Ionen

·        Jodid-Ionen

Vorher möchte ich allerdings noch kurz die genannten Elemente beschreiben:

Chlor

Chlor (griechisch Chloros = gelbgrün) ist ein gelbgrünes, aggressives Gas, dessen Einatmung zu Glottis – und Lungenödem (Flüssigkeitsansammlung im interzellularen Raum)  und unter Umständen zum Atemstillstand führt. Chlor wird auf Grund seiner starken Oxidationswirkung als Bleich- und Desinfektionsmittel, z.B. zur Desinfektion des Trinkwassers oder des Wassers in Schwimmbädern verwendet. In Wasser ist Chlor gut löslich und disproportioniert teilweise zu HCl und HOCl:

H₂O + Cl₂ ---> HCl + HOCl

Das Gleichgewicht der Reaktion liegt weit auf der linken Seite, so dass nur geringe Mengen an Chlorwasserstoffsäure (HCl) und unterchloriger Säure (HOCl) vorliegen. Der überwiegende Anteil ist als elementares Chlor in Wasser gelöst. Diese Lösung heißt Chlorwasser.

Chlor und Wasserstoff reagieren bei Belichtung explosionsartig unter Bildung von Chlorwasserstoff. Leitet man gasförmigen Chlorwasserstoff in Wasser ein, so entsteht die Chlorwasserstoffsäure oder Salzsäure.

Brom

Brom (Bromos, griechisch = Gestank) ist eine dunkelbraune Flüssigkeit, die bei Zimmertemperatur rotbraune, den Respirationstrakt (= Atemwege) stark reizende Dämpfe entwickelt. Im Organismus des Menschen spielt Brom wahrscheinlich keine Rolle.

Jod

Jod liegt bei Zimmertemperatur in Form metallisch glänzender Schuppen vor, die zu violetten Dämpfen sublimieren. In Wasser ist Jod sehr schlecht löslich. In Alkohol löst sich Jod mit brauner, in Chloroform mit violetter Farbe. Mit Stärke gibt Jod eine Blaufärbung, die zum Nachweis von Stärke dient (= Jodstärke-Reaktion).

Jod spielt im Organismus des Menschen als Bestandteil der Schilddüsenhormone Trijodthyronin (T₃) und Tetrajodthyronin (T₄) eine wichtige Rolle. Die Schilddrüsenhormone regulieren den Energiestoffwechsel der Zelle und beeinflussen das Wachstum. Überfunktion (Hyperthyreose) und Unterfunktion (Hypothyreose) der Schilddrüse mit vermehrter oder verminderter Hormonproduktion äußern sich in charakteristischen Krankheitsbildern.

Jod in Form der Jodtinktur, einer alkoholischen Jodlösung, ist das wirksamste Mittel zur Hautdesinfektion. Jodhaltige organische Verbindungen dienen als Röntgenkontrastmittel für die Darstellung verschiedener Hohlorgane und Gallenwege.

Chemische Bestimmung

Chlorid-Ionen

Das Chlorid-Ion ist das Anion der Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure).

HCl  --->  H⁺  + Cl ^–

Die Chloride der meisten Metalle sind in Wasser gut löslich. Schwerlöslich sind zum Beispiel Silberchlorid (AgCl) oder Bleichlorid (PbCl²).

Nachweis der Chlorid-Ionen:

In salpetersaurer Lösung fallen Silberionen (Ag⁺) Chlorid-Ionen als schwerlösliches Silberchlorid (AgCl) aus:    

Cl^- + Ag⁺  --->  AgCl

Silberchlorid löst sich in verdünntem Ammoniak unter Bildung eines Silberkomplexes.

Um nunmehr Chlorid-Ionen nachzuweisen, geht man folgendermaßen vor:

Man versetzt ca. 1 ml Lösung, die Chlorid-Ionen enthält (zum Beispiel verdünnte Salzsäure oder Natriumchlorid-Lösung), mit ca. 1 ml verdünnter Salpetersäure und einigen Tropfen Silbernitrat-Lösung. Es bildet sich ein weißer, käsiger Niederschlag von Silberchlorid.

Zur Prüfung der Löslichkeit des Niederschlages lässt man diesen zunächst sedementieren und gießt dann die über stehende Lösung möglichst vollständig ab. Den Niederschlag von Silberchlorid versetzt man mit verdünntem Ammoniak. Der Niederschlag geht in Lösung (löst sich also auf).

Bromid-Ionen

Das Bromid-Ion ist das Anion der Bromwasserstoffsäure:

HBr ---> H⁺ + Br^-

 Die Löslichkeit der Bromide in Wasser entspricht jener der Chloride.

Nachweis der Bromid-Ionen:

1)    In salpetersaurer Lösung fallen Silberionen (Ag⁺) Bromid-Ionen als schwerlösliches Silberbromid (AgBr) aus:

Br^- + Ag⁺ = --->  AgBr

Silberbromid löst sich zum Unterschied von Silberchlorid nur in konzentriertem Ammoniak unter Bildung eines Komplexes.

Man versetzt ca. 1 ml einer Lösung, die Bromid-Ionen enthält (zum Beispiel Natriumbromid-Lösung), mit ca. 1 ml verdünnter Salpetersäure und einigen Tropfen Silbernitrat-Lösung. Es bildet sich ein schwach gelber Niederschlag von Silberbromid.

Zur Prüfung der Löslichkeit des Niederschlages teilt man die Suspension in zwei Teile und verfährt dann wie im vorangehenden Versuch. Den ersten teil versetzt man mit verdünntem Ammoniak, den zweiten Teil mit konzentriertem Ammoniak. Man sieht, dass sich der Niederschlag nur in konzentriertem Ammoniak auflöst.

2) Elementares Chlor (Cl₂ - Chlorwasser) oxidiert Bromid-Ionen zu elementarem Brom, wobei elementares Chlor zu

Man versetzt ca. 0,5 ml einer Lösung, die Bromid-Ionen enthält (z.B. Natriumbromid-Lösung), mit ca. 1ml verdünnter Salpetersäure und ca. 2 ml Chlorwasser. Die Lösung färbt sich durch Bildung von elementarem Brom braun. Anschließend setzt man 1 ml Chloroform zu und schüttelt kräftig. Nach Trennung der Phasen zeigt die spezifisch schwerere Chloroform-Phase braune Farbe, die durch das in Chloroform gelöste elementare Brom verursacht ist.

Jodidionen:

Das Jodid-Ion ist das Anion der Jodwasserstoffsäure:

HJ  --->  H⁺ + J^-

Die Löslichkeit der Jodide in Wassser entspricht jener der Chloride und Bromide.

Beispiel für ein schlechtlösliches Jodid ist Silberjodid (AgJ).

Nachweis der Jodid-Ionen

1) In salpetersaurer Lösung fällen Silberionen (Ag⁺) Jodid-Ionen als schwerlösliches Silberjodid (AgJ) aus:

J^- + Ag⁺  --->   AgJ

Silberjodid ist zum Unterschied von Silberchlorid und Silberbromid weder in verdünntem noch in konzentriertem Ammoniak löslich.

Man versetzt ca. 1 ml einer Lösung, die Jodid-Ionen enthält (z.B. Natriumjodid-Lösung) mit ca. 1 ml verdünnter Salpetersäure und einigen Tropfen Silbernitrat-Lösung. Es bildet sich ein gelber Niederschlag von Silberjodid.

Zur Prüfung der Löslichkeit des Niederschlags verfährt man zunächst wie in den beiden vorangehenden Versuchen und teilt dann den Niederschlag in zwei Teile. Den ersten Teil versetzt man mit verdünntem Ammoniak, den zweiten Teil mit konzentriertem Ammoniak. Man beobachtet, dass sich der Niederschlag weder in verdünntem noch in konzentriertem Ammoniak löst.

2) Elementares Chlor (Cl₂ Chlorwasserstoff) oxidiert Jodid-Ionen zu elementarem Jod, wobei elementares Chlor zu Chlorid-Ionen reduziert wird. Das gebildete elementare Jod kann durch Verteilung in einem Wasser-Chloroform-System sichtbar gemacht werden.

Man versetzt ca. 0,5 ml einer Jodid-Lösung mit ca. 1 ml verdünnter Salpetersäure und ca. 2 ml Chlorwasser.

Die Lösung färbt sich durch die Bildung von elementarem Jod braun. Anschließend setzt man ca. 1 ml Chloroform zu und schüttelt kräftig.

Nach Trennung der Phasen zeigt die spezifisch schwerere Chloroform-Phase eine violette Färbung, die durch das in Chloroform gelöste elementare Jod verursacht wird.

Quellen: