2.1 Geschiedenis van chloor
De naam chloor is afkomstig van het Griekse woord: “chlorus”. Dit betekent geelgroenig betekent. Deze naam werd toegekend aan chloor omdat men het eerst als een geelgroen gas ontdekte.
De ontdekking van chloor gebeurde in 1774. Dit element werd ontdekt door Zweedse scheikundige Carl Wilhelm Scheele. Maar toen had hij niet door dat hij een nieuw element gevonden had. Hij had een voorgevoel dat het een verbinding van zuurstof was. De ontdekking verliep als volgt:
Hij voegde bruinsteen (mangaandioxide) toe bij zoutzuur en verwarmde het geheel.
De verwarming van het geheel is noodzakelijk omdat hierdoor de verbindingen verbroken worden. De reagentia van deze reactie zijn mangaandichloride (MnCl2 ), water (H2O) en chloorgas (Cl2 )
Dit geeft de volgende reactie:
MnO2+ 4HCl –> MnCl2+ Cl2+ 2H2O
Het was door het vormen van het chloorgas dat hij chloor als element ontdekte.
2.1.1 Carl Wilhelm Scheele
Scheele begon het Chloor te testen waarvoor het zoal gebruikt kon worden.
Zijn eerste vinding was dat chloor kon opgelost worden in water.
Toen begon hij met het chloorwater te experimenteren en vond hij een nieuwe functie van het chloor. Hij ontdekte namelijk dat chloor als bleekmiddel kon gebruikt worden. Hij ontdekte namelijk dat het papier, groenten en bloemen bleekte.
Verder ontdekte hij ook dat het chloor reageerde met metalen en metaaloxiden.
Dan in 1810 kwam er een nieuwe revolutionaire ontdekking door Humphry Davy.
Deze man was te weten gekomen dat het gene dat Scheele ontdekte een element moest zijn. Scheele dacht namelijk dat hij een gas ontdekte en wist niet dat dit gas een element op zich was.
Humphry Davy was een Engelse scheikundige die dit te weten gekomen was door fundamentele reacties met chloorgas te verrichten. Uit deze reacties was Humphry tot conclusie gekomen dat het geelgroene gas ondeelbaar was. Dit betekent dat het gas maar uit 1 element bestaat en dus een element op zich is.
In 1823 ontdekte Michael Faraday hoe chloor vloeibaar gemaakt kon worden. Michael was een Brits natuurkundige en scheikundige. Tot 1823 wist men niet hoe men chloor vloeibaar kon maken. Tot Michael met een ander experiment bezig was en per toeval chloor vloeibaar maakte.
Deze manier kon toegepast worden op andere gassen die men ook niet vloeibaar kreeg.
Al snel begon hij te experimenteren en maakte hij chloorhydraat. Chloorhydraat is een kristallijne verbinding. Verder werkte hij natuurlijk met vloeibaar chloor, de vloeibare fasen van zwaveldioxide, koolstofdioxide en ten laatste ammoniak. Al deze producten zijn zeer gevaarlijk en de experimenten hiermee dus ook. Toen wist men nog weinig over de producten en bekomen reacties en er werd nog niet veel aandacht besteed aan veiligheid in het laboratorium. Er waren reacties die explosief reageerden, door deze explosies had hij een verwonding aan 1 van zijn ogen opgelopen.
In 1825 Ontdekte Michael Faraday Benzeen. Dezelfde techniek die hij toepaste op chloorgas om het vloeibaar te maken paste hij nu toe op lichtgas. Zo heeft Michael benzeen uit lichtgas geïsoleerd.
Nu gaan we het hebben over het gebruik van chloor in WO1 en WO2 als wapen:
Na de gevechten eind 1914 ontstonden er in het westelijk front een front van de geallieerden en een front van de asmogendheden. Beiden wachtten op de andere om een zet te doen, de loopgravenoorlog was begonnen. In de wereldoorlog speelde technologie een heel belangrijke rol. Omdat beiden fronten niet eeuwig konden wachten in hun loopgraven bedacht Fritz Haber samen met zijn militaire superieuren om het gebruik van giftig chloorgas toe te passen in de loopgraven. Fritz Haber was een beroemde, Duitse chemicus. Hij was ervan overtuigd dat de Duitsers de oorlog konden winnen door het gebruik van giftige gassen. Op zich was dit niet nieuw maar ze waren wel de eerste om het toe te passen. Zo zouden ze de geallieerden uit hun loopgraven verdrijven en hun troepen kunnen doen oprukken. Dit was een grote troef voor de asmogendheden.
In de tweede helft van de 19de eeuw was in Duitsland de chemische industrie een belangrijke sector geworden. Haber maakte hier gebruik van. Hij wist dat chloor makkelijk te verkrijgen is en goedkoop is, ideaal dus om giftige gassen met chloor te produceren in grote hoeveelheden. Haber is dus niet zozeer de uitvinder van de gasoorlog maar eerder de uitvoerder ervan op grote schaal. Haber was dacht zelfs dat hij iets ‘goed’ deed, namelijk dacht hij dat het gebruik van een gas menselijker was dan het gebruik van artillerie en automatische geweren. Daar hebben wij toch onze twijfels over.
2.1.2 Inzet van chloor in Ieper
In Ieper zijn de chemische wapens voor het eerst in zo een grote hoeveelheden toegepast, namelijk het gebruik van dichloor of chloorgas. Chloorgas is irriterend voor ogen en luchtwegen en kan brandwonden veroorzaken op de huid.
De gasoorlog was een nieuw concept dat tevoorschijn kwam in WO1. Heel veel bevelhebbers waren tegen het gebruik van de gaswapens of onderschatten de impact hiervan. Dit kwam omdat het gebruik van deze chemische wapen niet thuishoorde in de militaire traditie.
Haber had ook nog veel moeite met de bevelhebbers te overtuigen omdat hij dan wel een groots chemicus mocht zijn, maar van oorlog voeren wist hij toch niet veel.
In het begin kon hij 1 bevelhebber overtuigen om het chloor in te zetten in Ieper namelijk: hertog Albrecht von Württemberg.
De eerste aanval gebeurde langs de noordkant van de Iepersaillant op 22 april 1915. Er werd langs een front 6-7 kilometer breed zo’n 150 ton chloor losgelaten. In een artikel van de standaard van 22 april 2005 keek men terug op wat er 19 jaar geleden gebeurde bij de chemische aanval op de Fransen.
In dit artikel sprak men over 15.000 slachtoffers waarvan 5000 dodelijke slachtoffers waren. Deze cijfers zijn hoogstwaarschijnlijk overdreven omdat volgens deze cijfers chloor een sterftepercentage zou hebben van 1/3. Dit klopt niet want men is gaan zoeken na dit chloorgas naar een dodelijker gas.
Het mosterdgas dat in 1917 gebruikt werd, dat heel wat schadelijker is dan het chloorgas, had maar een sterftepercentage van 3%. Deze overdrijving was te wijten aan de Britse en Franse propaganda. Zei wouden de Duitsers als afschuwelijke monsters aan de wereld tonen. Ten tweede konden ze het verloren terrein bij de tweede veldslag bij Ieper beter verkopen.
Twee dagen na de chlooraanval op de noordkant van Iepersaillant lieten de Duitsers voor een tweede maal massa’s chloor los. Maar deze keer was het op de Canadezen, iets naar het oosten in vergelijking met de vorige aanval. Deze keer hadden ze wat tegenmaatregelen bedacht om hun posities niet te moeten verlaten. De Canadezen pasten de eerste vormen van ademhalingsbescherming toe door met water of urine natgemaakte doeken of sokken voor de mond en neus te houden. Hierdoor was het aantal dodelijke slachtoffers bij de Canadezen beperkt.
2.1.3 Inzet van mosterdgas in 1917
Omdat de maatregelen tegen het giftige chloorgas steeds effectiever werden had het chloor geen impact meer. Men zocht dus naar een nieuw giftig gas. De Duitsers waren weer de eersten om het gas te vinden. Nu zochten ze specifiek naar een gas dat de adembescherming van de gasmaskers kon doorbreken. Zoals middelen die op de huid werken. Dit leidde tot het gebruik van mosterdgas (C4H8Cl2S ). Aan de vooravond van de derde slag om Ieper in juli 1917 werd het middel voor het eerst ingezet. Mosterdgas is effectief op de huid, ogen en de dampen in de long. De huid wordt rood en bij voldoende blootstelling vormen zich na verloop van tijd blaren. Het mosterdgas kan ook hel vernietigend werken op de ogen en longen. Bij een voldoende hoge blootstelling aan het mosterdgas kan het blindheid en doofheid veroorzaken. Het mosterdgas heeft niet zozeer als doel om de tegenstanders te vermoorden maar wel om ze uit te schakelen.
2.3 Fysische en chemische eigenschappen van Chloor
Op kamertemperatuur komt chloor voor als een zeer giftig, geelgroen gas dichloor namelijk chloorgas omdat het kookpunt veel lager is dan het kamertemperatuur. Het is irriterend voor de ogen en luchtwegen en kan brandwonden veroorzaken op de huid. Chloorgas is oplosbaar in water. Een oplossing van chloorgas in water noemt men chloorwater. Chloor kan ook samen met vocht uit de lucht een witte nevel vormen.
Smeltpunt -100,98 °C
Kookpunt -34,05 °C
Atoomnummer 17
Atoommassa 35,453
Dichtheid 3,209
Valentie-elektronen 7
Oxidatietoestanden +1, +3, +5, +7, -1
2.3.1 De hazard zinnen en precaution zinnen van Chloorgas: (http://chem.kuleuven.be/veiligheid/info/henp.html)
Gevarenaanduidingen voor materiële gevaren
Code Toepasbaarheid Tekst
H270 Oxiderende gassen, gevarencategorie 1 “Kan brand veroorzaken of bevorderen; oxiderend.”
H280 Gassen onder druk: samengeperst gas, vloeibaar gas, opgelost gas “Bevat gas onder druk; kan ontploffen bij verwarming.”
Gevarenaanduidingen voor gezondheidsgevaren
Code Toepasbaarheid Tekst
H315 Huidcorrosie/-irritatie, gevarencategorie 2 “Veroorzaakt huidirritatie.”
H319 Ernstig oogletsel/oogirritatie, gevarencategorie 2A “Veroorzaakt ernstige oogirritatie.”
H331 Acute toxiciteit bij inademing, gevarencategorie 3 “Giftig bij inademing.”
H335 Specifieke doelorgaantoxiciteit bij eenmalige blootstelling, gevarencategorie 3, irritatie van de luchtwegen “Kan irritatie van de luchtwegen veroorzaken.”
Gevarenaanduidingen voor milieugevaren
Code Toepasbaarheid Tekst
H400 Acuut gevaar voor het aquatisch milieu, gevarencategorie 1 “Zeer giftig voor in het water levende organismen.”
Voorzorgsmaatregelen in verband met preventie
Code Tekst
P220 “Van kleding/…/brandbare stoffen verwijderd houden/bewaren.”
P261 “Inademing van stof/rook/gas/nevel/damp/spuitnevel vermijden.”
P273 “Voorkom lozing in het milieu.”
Voorzorgsmaatregelen in verband met reactie
Code Tekst
P305+P351+P338 “BIJ CONTACT MET DE OGEN: voorzichtig afspoelen met water gedurende een aantal minuten; contactlenzen verwijderen, indien mogelijk; blijven spoelen.”
P311 “Een ANTIGIFCENTRUM of een arts raadplegen.”
Voorzorgsmaatregelen in verband met opslag
Code Tekst
P410+P403 “Tegen zonlicht beschermen. Op een goed geventileerde plaats bewaren.”
2.4 Toepassingen
Chloor is om te beginnen een uiterst belangrijk atoom voor de industrie zoals we die vandaag kennen, 60% van de industriële productie is direct of indirect afhankelijk van chloor. De eerste keer dat chloor gebruikt werd en door de meerderheid van de wereldbevolking onder de aandacht kwam was waarschijnlijk het gebruik ervan als strijdgas in de Eerste Wereldoorlog, na enige tijd is dit chloorgas echter vervangen door andere middelen.
Tegenwoordig zijn er heel wat stoffen die met chloor gemaakt zijn en ook de naam ‘chloor’ dragen maar qua eigenschappen niet te vergelijken zijn met het element chloor.
Chloor is een zeer oxiderend en reactief atoom en daarom wordt het zo vaak gebruikt.
In West-Europa wordt chloor het meest gebruikt in organische chemische verbindingen nl. 31% van het totale gebruik, gevolgd door het gebruiken ervan in kunststoffen nl. 30% en dan op de derde plaats het gebruik van chloor als oplosmiddel nl. 20%.
2.4.1 Bleekmiddel
De oxiderende eigenschappen van chloor liggen aan de basis van het gebruik ervan als bleekmiddel, en niet alleen als javel zoals we dat het beste kennen. Om chloor te gebruiken als bleekmiddel wordt natriumhypochloriet gemengd met water, waarbij ‘actief chloor’ ontstaat. Door ‘actief chloor’ ontstaat er zeer actief zuurstof, dit is een zeer krachtige oxidator. Dit stelt chloorbleekloog in staat om vuil en schimmel dit anders zeer moeilijk te verwijderen zijn toch weg te bleken.
2.4.2 Bacteriedodend middel
• Drinkwater
Chloor wordt al sinds 200 jaar gebruikt als bestrijdingsmiddel tegen de ziektekiemen in ons drinkwater. De hoeveelheid chloor die aan ons drinkwater wordt toegevoegd is miniem zodat het absoluut geen probleem vormt voor onze gezondheid. In België mag er maximaal 0,25 mg chloor per liter leidingwater zitten.
• Afvalwater
Vaak wordt er aan industrieel afval water toegevoegd om het enerzijds te zuiveren, maar als het afvalwater in zekere mate gezuiverd is komt het ook in aanmerking om gerecupereerd te worden. Om dit industrieel afvalwater te zuiveren wordt er chloor aan toegevoegd. Deze zuivering met chloor gebeurt in 4 fases.
1. De eerste toegevoegde hoeveelheid chloor gaat direct reageren met organische stoffen en met ammoniakale stikstof.
2. Als we na de eerste fase nog wat chloor gaan toevoegen dan ontstaan er gechloreerde organische verbindingen en chlooramines. Daardoor ontstaat er gebonden chloor.
3. Als we de dosis chloor nog gaan opdrijven gaat dit leiden tot de afbraak van de vorige gevormde stoffen, dus ook de afbraak van de gebonden chloor in fase 2. Deze hoeveelheid gebonden chloor gaat dus afnemen totdat er een breekpunt waarneembaar is.
4. Tot slot pas nadat het breekpunt bereikt is wordt er vrij chloor gevormd dat de uiteindelijke kiemdodende werking heeft.
• Zwembaden
Door dat chloor werkt over een breed spectrum, wat wil zeggen dat het heel wat verschillende micro-organismen dood, wordt het heel vaak gebruikt bij het proper houden van zwembadwater. In het water dat we voor onze zwembaden gebruiken mag er natuurlijk wat meer chloor zitten dan in het water wat we drinken. Zo geldt dat er voor een binnenzwembad tussen de 0,5 en 1,5 mg/l chloor mag zitten, voor een buitenzwembad is dit tussen de 0,5 en 3,0 mg/l chloor en voor spa’s is dit tussen de 1,0 en 3,0 mg/l.
Voor deze toepassingen worden soms ook wel eens reactieve chloorverbindingen gebruikt, zoals natriumhypochloriet (NaClO) in ons zwembadwater. Natriumhypochloriet wordt dus tegenwoordig meer gebruikt omdat het vervoer ervan veiliger en goedkoper is.
2.4.3 Papier- en textielindustrie
Ook wordt chloor gebruikt als middel om papier en textiel te bleken. IN de textielindustrie wordt er vooral chloor gebruikt om vlekken veroorzaakt door apolaire stoffen zoals vet of teer gemakkelijk te verwijderen. Vroeger werd hiervoor tetrachloorkoolstof (CCl4) gebruikt, omdat dit vrij giftig bleek te zijn is dit later vervangen door o.a. dichloormethaan (CH2Cl2). In de papierindustrie wordt chloor toegepast om de houtvezels die de basis zijn voor papier te bleken. Bij het winnen van deze houtvezels komt de stof lignine vrij, deze stof houdt eigenlijk de houtvezels bij elkaar. Lignine kleurt onder invloed van licht bruin en daardoor kleurt het papier geel. Door de houtvezels dus te bleken, bleken we eigenlijk de lignine waardoor het papier niet gaat verkleuren.
2.4.4 Kunststoffen
De basis van chloor te gaan gebruiken voor de vervaardiging van kunststoffen vinden we in het jaar 1912 wanneer Fritz Klatte de basisprincipes voor de industriële productie van PC ontdekte. Deze basisprincipes werden oorspronkelijk gebruikt voor het beschermen van het milieu, tegen het giftige chloor dat vrijkwam bij de productie van natronloog. Hij ontdekte dat deze chloor kon gebruikt worden voor de vervaardiging van polyvinylchloride (PVC), waardoor deze giftige chloor dan gebonden werd en zonder gevaar kon afgevoerd worden.
2.4.5 Ontwikkelen organische stoffen
Ook wordt chloor vaak gebruikt bij het ontwikkelen van zowel organische en anorganische stoffen.
• Organische stoffen
o Industrie
Industriële organische chloor verbindingen (IOC’s) zoals o.a. PVC. Er bestaan honderden IOC’s die schadelijk zijn voor mens en dier. Daardoor wordt er voor veel van de toepassingen waar deze IOC’s in verwerkt zitten naar alternatieve oplossingen gezocht zoals voor het bleken van papier met chloorhoudende producten zouden we bijvoorbeeld met niet chloorhoudende middelen kunnen werken.
Dan zijn er natuurlijk ook nog de PCB’s die sinds enkele jaren verboden zijn omdat ze weliswaar met jaren vertraging in onze atmosfeer terecht kwamen en daar de ozon aantasten. Deze PCB’s werden vooral gebruikt als drijfgas in spuitbussen en als koelstoffen in koelkasten. Deze zouden dan kunnen vervangen worden door bv. butaan en propaan.
o Landbouw
Ook in de landbouw vinden de op chloor gebaseerde organische stoffen hun toepassing onder de vorm van pesticiden (nl. DDT en Lindaan).
2.4.6 NaCl
Verder is het gebruikt van chloor wel het bekendste van NaCl wat eigenlijk gewoon keukenzout is. NaCl is het basismineraal dat in de ondergrond zit en waar het grootste gedeelte van alle chloor in onze wereld uit gehaald wordt.
Naar het meest gekende smaak gevende zout van in de keuken heeft NaCl ook nog enkele andere toepassingen.
NaCl ligt o.a. aan de basis van de productie van: natrium (Na), chloor (Cl), natriumhydroxide (NaOH) en waterstof (H).
Verder is NaCl ons ook nog bekend van het strooizout dat gebruikt wordt om onze wegen ijs- en sneeuwvrij te houden.
Maar waar NaCl ook nog een interessante toepassing in vindt is in de cuvetten. Cuvetten zijn kleine vierkantige kokertjes waar een vloeistof kan in aangebracht worden, Zo kan een infrarood-spectrum worden waargenomen.
Ook werd zout gebruikt om voedingsmiddelen te conserveren, vis en vlees werden gepekeld om zo de houdbaarheidsdatum te verlengen.
Tot slot heeft NaCl ook nog een wetenschappelijke toepassing nl. het gebruik ervan bij DNA-onderzoek.
2.4.7 Auto- en vliegtuigindustrie
Chloor is ook een veelgebruikt basisproduct in de auto- en vliegtuigindustrie, omdat met chloor geproduceerde materialen in belangrijke mate bijdragen tot het verlagen van het gewicht van deze voertuigen en vliegtuigen, en een voertuig of vliegtuig dat minder weegt gaat ook minder CO2 uit. Verder wordt chloor onder de vorm van PVC gebruikt in de constructie van auto-onderdelen zoals bv. dashboards en de coatings.
In de vliegtuigindustrie wordt er op heel wat verschillende manieren gebruik gemaakt van epoxyhars, dit is een thermohardende kunststof. Deze hars wordt bereid door chloor met propeen te laten reageren. Dit is tot nu toe de enige manier die bekend is voor het vervaardigen van dit epoxyhars. Door verschillende andere metalen, kleurstoffen en vezels toe te voegen aan het productieproces van deze hars bekomt men een hars die dan expliciete toepassingen vindt. Zo kan men bijvoorbeeld glasvezels toevoegen aan het productieproces om dit epoxyhars gewapend te maken, wat een enorme versterking van de mechanische eigenschappen tot gevolg heeft.
2.4.8 Geneeskunde
Ook in de geneeskunde vindt chloor een belangrijke toepassing, zo is chloor een belangrijk bestanddeel in Chloroquine, dit is tot nu toe één van de meest effectieve medicijnen tegen malaria. Maar chloor wordt niet alleen in malariapillen gebruikt, het wordt o.a. gebruikt in sommige antibiotica en in medicijnen voor: allergieën, hartziekten en psychiatrische aandoeningen.
2.6 Milieu
Chloor en de meeste stoffen met chloor zijn schadelijk voor het milieu. Veel stoffen met chloor, bijvoorbeeld bestrijdingsmiddelen zijn niet of moeilijk afbreekbaar en hopen zich op in de voedselketen.
Ten eerste als voorbeeld is een van deze bestrijdingsmiddelen een organisch en chemisch insecticide, dichloordifenyltrichloorethaan of DDT. Dat niet alleen insecten dood maar ook zorgt voor het geleidelijk verdwijnen van roofvogels die aan de top van de voedselpiramide staan. Zij verzamelden zoveel DDT in hun vetweefsel dat de voorplanting in gevaar kwam.
Ten tweede bestaan er organische bindingen, waaronder enkele zeer giftige stoffen, die kunnen ontstaan bij verbranding van materialen die chloor bevatten. Deze organische bindingen noemen we dioxinen. Daarnaast kunnen deze stoffen ook ontstaan bij sommige chemische processen, zoals de productie en verwerking van chloorfenolen. Als dioxinen in het milieu terechtkomen, hechten ze zich sterk vast aan bodemdeeltjes dus komen ze niet snel in het grondwater terecht. Dioxiden zijn schadelijk voor het milieu omdat ze zich opstallen in de voedselketens. Dit komt omdat ze goed oplosbaar zijn in vet. Hierdoor krijgt elk persoon ongeveer 70 picogram per dag van deze dioxinen binnen. Vooral via melk, boter, kaas en andere dierlijke vetten.
Tenslotte zit chloor in chloorhoudende stoffen zoals chloorfluorkoolwaterstoffen of cfk’s. Ze worden niet meer in spuitbussen gebruikt maar wel nog in koelkasten en schuimproducten. Het is een probleem voor het milieu omdat het zorgt voor de afbraak van de ozonlaag waardoor het ozongat ontstaat. Sinds de jaren negentig worden cfk’s stilaan niet meer gebruikt en de handel in en de import van deze producten verboden geworden.