Cl

Waterontsmetting

Voor de desinfectie van drink-, zwem- en rioolwater werd vroeger wel chloorgas ge­bruikt. Vanwege de strenge veiligheidseisen gebruikt men tegenwoordig vooral chloor­bleek­loog; een oplossing van natriumhypochloriet (NaOCl). In het huishouden kennen we dit als bleekwater.

De desinfecte­rende eigenschappen berusten op de oxide­rende werking van de vrijko­mende atomaire zuurstof. Die ont­staat bij toevoe­gen van chloor of hypochloriet aan water:
Cl₂ + H₂O --> 2 H⁺ + 2 Cl^- + O   
respectievelijk
OCl^-  -->  Cl^-  +  O

De typische 'chloorlucht' in zwembaden, en ook de prikkelende werking op de ogen, komt voor rekening van chlooramines. Dat zijn verbin­dingen waarin chloor is gebonden aan een aminogroep (bijvoorbeeld RNHCl of R₂NCl). Ze ontstaan bij de reactie met verontreinigingen die vaak het gevolg zijn van gebrek aan hygiëne, zoals niet douchen en geen toiletbezoek vóór het zwemmen.

De laatste jaren is er bij de drinkwaterzuivering een ver­schui­ving te zien van het gebruik van chloor naar biologi­sche zuivering, eventueel gecombineerd met oxidatie door ozon. Toch wordt soms nog chloor toegepast.

Chloorbleekloog wordt ook toegevoegd aan koelwaterinstallaties om algengroei en afzetting van schelpdieren tegen te gaan.

Bleekmiddel

Onder bleken verstaan we het zo wit mogelijk maken van gekleurde stoffen, bijvoor­beeld papier en textiel. De blekende werking berust op de oxiderende werking van chloor of van hypochloriet (OCl^-; bleekwa­ter is een oplos­sing van NaOCl).

Hypochloriet wordt al zeer lang als bleekmiddel gebruikt. Reeds kort na de ontdekking van chloor werd oplossing van kaliumhypochloriet als 'liqueur de Javel' op de markt ge­bracht (bleekwater wordt in sommige landen nog 'eau de Javel' of 'Javel' genoemd). Later werd het kaliumhydroxide vervangen door natriumhydroxide.

Zoutzuur

Dit is een oplossing van waterstofchloride-gas in water. Het gas is op verschil­lende manieren te verkrijgen:

1) Als bijproduct bij de vorming van gechloreerde orga­ni­sche verbindin­gen. Hierbij wordt tevens waterstofchloride ge­vormd, bijvoor­beeld: CH₃COOH + Cl₂  --> CH₂ClCOOH +  HCl

2) Door waterstof te laten reageren met chloor ("verbran­den" van chloor) 

3) Door de reactie van een chloride (bijvoorbeeld NaCl of KCl) met geconcentreerd zwavel­zuur. Dit proces levert zeer zuivere waterstofchloride op. Het vindt plaats in zogenaamde Mann­heimovens en verloopt in twee stappen:
NaCl + H₂SO₄             -->       NaHSO₄ +  HCl    ( bij 150 ^oC)
NaCl + NaHSO₄          -->        Na₂SO₄ +  HCl    ( bij 350 - 500 ^oC)

Zout­zuur wordt vooral ge­bruikt voor het verwij­de­ren van oxidelagen van staal en andere metalen (het zoge­noemde beitsen); voor de bereiding van metaal­chlo­riden; voor het regenere­ren van ionenwisselaars; en verder voor tal van neutralisaties (bijv. van natrium- en calciumhydroxide-oplossin­gen).

Bij de mens speelt zoutzuur een essentiële rol in het spijsverteringsproces. In de maag verzorgt het de pH-regeling en de verdediging tegen allerlei bacteriën, die anders voedselvergiftiging zouden veroorzaken.  

Plastic (PVC)

Polyvi­nyl­chloride (PVC), is één van de meest gebruikte kunststof­fen. De grondstof is vinylchloride, dat ontstaat bij de reactie tussen etheen en chloorgas of zoutzuur:
CH₂ = CH₂ + Cl₂         -->^FeCl3-->          CH₂Cl - CH₂Cl
of
4 HCl   + 2 CH₂ = CH₂   +   O₂   -->     CH₂Cl - CH₂Cl    + 2 H₂O      

gevolgd door
CH₂Cl - CH₂Cl             -->^500°C-->         CH₂ = CHCl  (vinyl­chloride) + HCl

Bij polymerisatie van het vinylchloride ontstaat PVC:
n CH₂ = CHCl  -->   ..[CH₂ - CHCl]_n..    (PVC)

PVC wordt gebruikt voor verpakkingsmateriaal, zoals folie, blisterverpakking, doordrukverpakking voor geneesmiddelen en zakken voor infuusvloeistof en bloed.

Het gebruik van PVC heeft een aantal jaren ter discussie gestaan vanwege de verwerking in vuilverbrandingsinstallaties. Bij onvolledige verbranding kan het aanleiding geven tot de vorming van dioxines, maar uit onderzoek is gebleken dat dit risico niet hoger is dan bij de verbranding van allerlei andere organische afvalstoffen.

Chloor speelt overigens op veel grotere schaal een rol in de kunststofindustrie. Het wordt gebruikt bij de bereiding van (tussen­pro­ducten voor) allerlei andere polymeren, zoals epoxyhars, polyurethaan, polycarbonaat en siliconen.

Chemisch reinigen

Bij de 'stomerij' maakt men in veel gevallen gebruik van dry­cleaning, een proces dat in het dagelijks leven meestal met chemisch reinigen wordt aangeduid. Hierbij past men perchlooretheen of tetra­chloor­etheen toe. Het gebruik van deze oplosmiddelen is aan wettelijke regels gebonden en het verbruik is in de loop der jaren jaren sterk afgenomen, dankzij een toenemend hergebruik en het gebruik van gesloten installaties.

Geneesmiddel

Chloor staat aan de basis van veel geneesmiddelen. Het merendeel (naar schatting zo'n 85%) bevat chloor of wordt met behulp van chloorhoudende tussenproducten gemaakt.

Denk daarbij aan cytostatica die de celgroei en celdeling van tumoren remmen: chloorambucil (C₁₄H₁₉NO₂Cl₂) en chloormethinehydrochloride (C₅H₁₁NCl₂.HCl). Ze worden gebruikt in de chemotherapie.

Verder antiseptica zoals chloorhexidinedigluconaat (C₂₂H₃₀N₁₀Cl₂.2C₆H₁₂O₇)  dat als ontsmettingsmiddel dient voor huid, wonden en slijmvliezen. Enkele andere antiseptica zijn: benzalkoniumchloride, natriumhypochloriet en chloorxylenol (C₈H₉ClO, bekend als Dettol^®).

Ook in antibiotica (infectiebestrijding), diuretica (plastabletten), bloeddrukverlagers en anti-psychotica kan chloor een rol spelen.

Meer toepassingen

Als element en in legeringen

• bereiding van chloorverbindingen (PCl₃; PCl₅; diverse organische chlo­or­verbindingen)
• bereiding van titaandioxide
• winnen van metalen

In verbindingen

• antitranspiratiemiddel in deodorant                                                   AlCl₃, Al₂(OH)₅Cl
• batterij                                                                                               NH₄Cl
• behandeling van huidaandoeningen                                                 SbCl₃
• beitsmiddel                                                                                        FeCl₂, FeCl₃
• bleken van meel, vet, olie, textiel, papier                                          chlooroxiden, bijv. ClO₂
• bleken van textiel                                                                              TiCl₃
• bloedstelpend middel                                                                       CaCl₂
• bloedstolling                                                                                      FeCl₃
• blusmiddel (toevoeging)                                                                    LiCl, MgCl₂, CaCl₂
• conservering van wijn                                                                        chloorazijnzuur
• etsen van glas                                                                                   TiCl₄
• lenzen voor IR-camera's en -spectroscopie                                     TlCl, Na- of KCl
• metaal-etsmiddel                                                                                FeCl₃
• mottenballen                                                                                      1,4-dichloorbenzeen
• ontkleuring van plantaardige olie                                                        FeCl₃
• ontspiegelen van lenzen                                                                    TiCl₄
• sproeien van droge wegen om stuiven tegen te gaan                      CaCl₂
• traangas                                                                                            chlooracetofenon (C₆H₅COCH₂Cl) en chlooraceton (CH₃COCH₂Cl)
• verfbereiding                                                                                     SnCl₂

Naam

De naam chloor komt van het Griekse woord chlôrós, voor geelgroen. Deze naam werd in 1811 door de Britse chemicus Humphry Davy voorgesteld. Hij vond de kleur van het chloorgas overeenkomen met de kleur van jonge plan­ten of jong gras.

Ontdekking

Chloor werd in 1774 ontdekt door de Zweedse chemicus Carl Wilhelm Scheele (foto) toen hij 'zeezuur' (zoutzuur) liet reageren met bruin­steen. Scheele verkeerde in de veronderstelling met een verbinding van zuurstof van doen te hebben. Het lukt echter niemand om dat aan te tonen. In 1810 concludeerde Humphry Davy als eerste dat chloor een element was.

Voorkomen

Het zal geen verbazing wekken dat vooral in de oceanen veel chloor te vinden is. Het is daar na zuurstof en waterstof het meest voorkomende element met een gewichtsaandeel van bijna 2%. Dat komt door opgeloste zouten: vooral natriumchloride maar ook kaliumchloride en magnesi­um­chlo­ride. Zeeën en oceanen bevatten zo'n 30 tot 40 gram zout per liter.

In de aardkorst is chloor het 19^e element in de rangorde van voorkomen, met een aandeel van 1,45.10^-2 %. Ook daar is het vooral te vinden als natriumchloride, onder andere in mineraal steen­zout en in aardla­gen.

De belangrijkste mineralen zijn:

• bischofiet                                MgCl₂.6H₂O
• carnalliet                                 KMgCl₃.6H₂O
• haliet (of steenzout)                NaCl   
• kaïniet                                     MgSO₄. KCl.3H₂O
• sylvien                                     KCl
• sylviniet                                  KCl.Na­Cl
• tachyhydriet                            CaMg₂Cl₆.12H₂O

Chloor komt voor in gassen die vrijkomen uit vulka­nen. In deze gassen komt tevens waterstofchlo­ride voor. In bronnen in de omgeving van vulkanen wordt zoutzuur aange­troffen.

Winning

De oudste zoutlagen zijn van Cambrische oorsprong en wor­den gevonden in de Punjab (India), de 'Salt Range' (Verenig­de Staten van Amerika) en in Siberië (Rusland). In Nederland komen zoutlagen voor in de zogenoemde Zech­stein­forma­ties, het Bovenbontzandsteen (Röt) en de Muschel­-kalkfor­matie.

Steenzout wordt op zeer vele plaatsen gewonnen in de vorm van vast zout. De belang­rijkste mijnen bevinden zich in Oostenrijk, Duitsland, Polen en de Verenigde Staten van Amerika.

Zeezout wordt in "warme landen" als Spanje, Portugal en Fran­krijk gewonnen door verdam­ping van zeewa­ter.

Verder kan zout worden gewonnen door het oplossen van zout dat zich in (diepere) grondlagen bevindt. Hierbij wordt water door de zoutlagen gepompt. Vervolgens wordt de verkregen zoutoplos­sing (pekel) gezuiverd en ingedampt. Dit gebeurt in Nederland door Akzo Nobel (onder andere bij Boekelo) en door Frisia Zout (bij Pietersbierum). 

Vroeger

Chloor werd bereid uit bruinsteen (MnO₂) en zoutzuur:
MnO₂ + 4 H⁺ + 2 Cl^-  -->  Mn²⁺ + 2 H₂O + Cl₂

Tegenwoordig

Chloor wordt vooral bereid door elektrolyse van oplossingen van natrium- en kaliumchloride. Er zijn drie processen:

Kwikelektrolyse­ 
Dit vindt plaats in een elektroly­sevat met een positieve pool van titaan (met een coating van zeldzame aarden) en een nega­tieve pool van (stromend) kwik. Aan de positieve pool ontstaat dan het chloorgas. Aan de negatieve pool vindt een reactie plaats met het natriumion, waarbij natrium­amalgaam wordt ge­vormd. Als dit amalgaam door een tweede reactievat (de zogenoemde loogcel) wordt geleid, reageert het natrium met water tot natronloog en waterstof. Door deze opstelling met twee cellen blijft het water­stofgas ge­scheiden van het chloor­gas.

Overzicht van de reacties:

in de elektrolysecel:
            +pool :             2 Cl^-           -->  Cl₂ + 2 e^-
            - pool :             Na⁺ + e^-     -->  Na

in de loogcel: 2 Na + 2 H₂O -->   2 Na⁺ + 2 OH^- + H₂

Diafragma­proces

Dit gebeurt in een elektroly­sevat met een positieve pool van titaan en een negatieve pool van staal. De elektro­den zijn geschei­den door een zogenoemd diafragma - een alleen voor vloeistof­fen doorlaatbare wand. De gassen die bij de elektrolyse ontstaan (waterstof en chloor) blijven zo gescheiden. Door toe­passing van het tegen­stroomprincipe wordt voorkomen dat de aan de negatieve pool gevormde hydroxide-ionen bij de positieve pool terechtkomen. De chloride-ionen kunnen echter wel door het dia­frag­ma, waardoor de ge­vormde natronloog licht verontreinigd zal zijn met chloride.

Overzicht van reacties:
            + pool :            2 Cl^-                 -->  Cl₂ + 2 e^-
            -  pool :            2 H₂O + 2 e^-    -->  2 OH^- + H₂

Membraanproces
Dit is het modernste proces en tegenwoordig de eerste keuze bij nieuwe installaties. Het werkt in feite net als het diafragma­proces, alleen laat het membraan in tegenstelling tot het diafragma (vrijwel) uitslui­tend positieve ionen door, waardoor vrij zuivere natronloog wordt ge­vormd.

Bij het diafragma- en het membraanproces is het energie­ver­bruik bij de elektroly­se veel lager dan bij het kwikelektrolyseproces.