Chlorproduktion in der Küche

Chlor ist auf der Erde ein sehr häufiges Element, aber zum Glück kommt es in der Natur nirgends als reines Gas vor. Es ist nämlich äusserst reaktiv, also „aggressiv“: Farbstoffe zersetzen sich, wenn sie mit Chlorbleiche in Kontakt kommen und Krankheitserreger sterben bei der Behandlung mit chlorhaltigem Reinigungsmittel ab. In der Industrie ist Chlor Ausgangsstoff für zahlreiche Produkte wie zum Beispiel den bekannten Kunststoff PVC (Polyvinylchlorid). Gewonnen wird das Chlor unter Einsatz von Strom aus einer Lösung von Kochsalz in Wasser – das kannst du sogar zuhause ausprobieren!

Das brauchst du:

• ein Glas Wasser
• Kochsalz
• ein Stück Karton
• zwei an beiden Enden gespitzte Bleistifte
• eine 4,5-Volt-Batterie
• zwei Stücke dünnen Elektrodraht oder Litze, an den Enden abisoliert (das heisst, der Mantel aus Plastik muss auf einer Länge von ca. 2 cm entfernt werden)

So wird’s gemacht:

1. Gib etwa zwei Teelöffel Kochsalz in das Glas Wasser und rühre gut um.
2. Stich zwei Löcher in den Karton. Dann legst du ihn auf das Glas mit dem Salzwasser und steckst die Bleistifte hindurch, so dass die unteren Bleistiftspitzen in die Kochsalzlösung getaucht sind.
3. Schliesse die oberen Bleistiftspitzen an je einem Pol der Batterie an. Dazu wickelst du das eine Ende des Elektrodrahtes jeweils um die Bleistiftspitze, das andere um eine der Metallzungen der Batterie. Die Graphitmine im Bleistift leitet den Strom in die Lösung und dient als Elektrode.

Wichtig: Führe das Experiment in einem gut belüfteten Raum durch, da Chlor die Atemwege reizt und in höherer Konzentration giftig ist. Benütze als Stromquelle nichts anderes als eine 4,5-Volt-Batterie. Im Glas bildet sich Natronlauge, du darfst das Wasser also nach dem Experiment keinesfalls trinken.

Scharf beobachtet

Nach wenigen Sekunden beginnen sich an den Bleistiftspitzen im Wasser kleine Bläschen zu bilden: An der negativen Elektrode (Kathode) steigt Wasserstoff auf, an der positiven Elektrode (Anode) Chlor.  Ein leichter „Chlorgeruch“ ist wahrnehmbar.

Was steckt dahinter?

Bei diesem Experiment setzt du Strom ein, um eine chemische Reaktion zwischen dem Kochsalz und dem Wasser auszulösen. Dabei werden elektrisch geladene Teilchen ausgetauscht und setzen sich neu zusammen. Man nennt dies eine Elektrolyse.

Schema der Kochsalz-Elektrolyse.

Kochsalz löst sich im Wasser auf, und die Chlor- und Natriumteilchen schwimmen dann als negativ geladene Chlor-Ionen (Cl^-) und positiv geladene Natrium-Ionen (Na⁺) herum. Sobald die Bleistift-Elektroden an die Batterie angeschlossen werden und ein Strom fliesst, nehmen die Chlor-Ionen an diesem Stromkreislauf teil: Sie sammeln sich an der Anode, geben dort ein Elektron (e^-) ab und bilden jeweils zu zweit ein Chlor-Molekül (Cl₂), das als Gas aufsteigt. Gleichzeitig gelangen an der Kathode Elektronen in die Lösung und werden vom Wasser (H₂O) aufgenommen; Wasserstoff (H₂) entweicht als Gas und Hydroxid-Ionen (OH^-) verbleiben zusammen mit den Natrium-Ionen in der Lösung. Sie bilden eine verdünnte Natronlauge.

Die gesamte Elektrolysereaktion lautet: 2 NaCl + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂ + Cl_2. Man nennt eine solche Reaktion, bei der Elektronen übertragen werden, eine Redoxreaktion.

Download Experiment

Quelle: SimplyScience. Idee: https://www.eurochlor.org/news/produce-your-own-chlorine. Text & Fotos: Redaktion SimplyScience.ch. Die Wissenschafts-Olympiaden und SimplyScience teilen in loser Folge Inhalte miteinander.