17  Cl Chloor   Voorkomen Naam Ontdekking Bereiding vroeger Bereiding nu Toepassingen en toelichting Verdere toepassingen

VOORKOMEN                              

1,45.10^-2 % van de aardkost (tot 16 km diepte) bestaat uit chloor; het is het 19^e ele­ment in rangorde van voorkomen. Het komt vooral voor in de vorm van natriumchloride (in het dagelijks leven keukenzout genoemd), onder andere in mineraal steen­zout en in aardla­gen, maar ook - in opgeloste toestand - in zeeën en zoutme­ren, veelal samen met kaliumchloride en magnesi­um­chlo­ride. Zeeën en oceanen bevatten ongeveer 30 à 40 gram zout per liter.

De belangrijkste mineralen zijn:

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.

WINGEBIEDEN

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 bij Boekelo, Heiligerlee en Zuidwen­ding en door FRIMA bij Pietersbierum). In België is geen zoutwinning. 

NAAM

De naam komt van het Griekse woord chlôrós, wat geelgroen betekent. Deze naam werd in 1811 door Sir H. Davy voorgesteld omdat de kleur van het chloorgas leek op de kleur van jonge plan­ten of jong gras.

ONTDEKKING

Chloor werd in 1774 ontdekt door C.W. Scheele toen hij 'zeezuur' (zoutzuur) liet reageren met bruin­steen. Het duurde echter tot 1810 voordat het als element werd erkend.

BEREIDING VROEGER

Chloor werd bereid uit bruinsteen (MnO₂) en zoutzuur:

MnO₂ + 4 H⁺ + 2 Cl^-  →  Mn²⁺ + 2 H₂O + Cl₂

BEREIDING NU

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

a. het kwikelektrolyse­proces. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een elektroly­sevat met een positieve pool van titaan (met een coating van zeldzame aarden) en een nega­tieve pool van (stromend) kwik. Aan de negatieve pool vindt dan - in tegen­stelling tot de bekende elektrolyse-opstelling - niet een reactie met water plaats, maar 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. Het water­stofgas blijft zo ge­scheiden van het bij de positieve pool gevormde chloor­gas. Hierbij treden de volgende reacties op:

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

 

b. het diafragma­proces. Hierbij wordt gebruik gemaakt van 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 -, waardoor de bij de reactie ontstane gassen (waterstof en chloor) gescheiden worden gehouden. 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. Hierbij treden de volgende reacties op: 

      + pool :      2 Cl^-                    →  Cl₂ + 2 e^-

      -  pool :        2 H₂O + 2 e^-      →  2 OH^- + H₂

c. Het membraanproces. Dit is het modernste proces. 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.

Bij het kwikelektrolyseproces ontstaat een oplossing die ca. 50 massa-% natriumhydroxide bevat, bij het mem­braan- en dia­fragma­proces moet de verkregen oplossing echter met behulp van stoom worden ingedampt, wat extra energie kost. 

Het totale energieverbruik van de methoden - voor de bereiding van een zelfde hoeveelheid chloor - verhoudt zich als volgt:

            diafragma : kwik : membraan = 100 : 90 : 75.

Het stroomrendement is voor deze processen vrijwel gelijk: ca. 95 %.

Chloor kan ook bereid worden door oxidatie van waterstof­chloride met lucht­zuurstof, waarbij koper(II)chloride (CuCl₂) als katalysator wordt gebruikt (het zogenoemde Deacon­proces):

 

      4 HCl + O₂ → 2 H₂O + 2 Cl₂

 

De chloorproductie in Europa vindt voor 60 % plaats via het kwikelektrolyse­proces, voor 20 % via het diafragmaproces en voor 20 % via het membraanproces. 

TOEPASSINGEN EN TOELICHTING

Waterontsmetting

Voor de desinfectie van drink-, zwem- en rioolwater werd vroeger veelal chloor ge­bruikt. Vanwege de strenge veiligheidseisen wordt tegenwoordig vooral chloor­bleek­loog (een oplossing van natriumhypochloriet) gebruikt. Deze oplossing ontstaat als chloorgas door een NaOH-oplos­sing (20 massa-%) wordt geleid. De dosering bedraagt ca. ½ gram chloor per m³.

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    resp.    OCl^-  →  Cl^-  +  O

 

Als nevenreactie kunnen - zeker als de dosering onvol­doende is - chlooramines (verbin­dingen met Cl gebonden aan een aminogroep, zoals RNHCl of R₂NCl) ontstaan, die de speci­fieke "chloor­lucht" in het zwembad veroor­za­ken. 

Door gebrek aan hygiëne, zoals niet douchen en geen toiletbezoek voor het zwemmen, komt er allerlei vuil (urine, zweet, cosmetica, pleisters, enz.) in het water terecht, waardoor eveneens chlooramines worden gevormd,  die verantwoordelijk zijn voor de ‘prikkende’ ogen.

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

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 nog steeds chloor toegevoegd vanwege het remanentie-effect: de ontsmettende werking moet behouden blijven tot aan de kraan.

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^-).

Gebruikt worden onder andere bleekwa­ter (een oplos­sing van NaOCl, ook wel bleekloog of hypo genoemd) en bleekpoeder (CaOCl₂), ontstaan door chloor in calciumhydroxide te leiden. Bleekpoeder heeft als voordeel dat het een vaste stof is, waardoor het, naast het gebruik als bleekmiddel, gemakkelijker is toe te passen als desinfectiemiddel in bijvoorbeeld medische posten in ontwikkelingslanden. Bleek­poe­der reageert bij het oplossen met water tot hypo­chlo­rig­zuur (HOCl) en het hypochlorietion (OCl^-). Bij het bleken ont­staan, net zoals bij zwembadwaterzuivering, chlooramines (met de speci­fieke geur).

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.

In Zuid-Europese landen wordt hypochloriet nog steeds voor de witte was gebruikt. Voor ziekenhuizen in ontwikkelingslanden, is het een belangrijke stof, omdat katoen en linnen hiermee bij 45 °C volledig gedesinfecteerd worden. Voor het reinigen van instrumenten, naalden, enz. wordt een 14%-ige oplossing van hypochloriet gebruikt. 

Bleekwater wordt verder gebruikt voor het reinigen van vloeren, toiletten, koelkasten, vuilnisemmers, enz. De stof is zeer effectief tegen voetschimmels.

Zoutzuur

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

a. als bijproduct bij de vorming van gechloreerde orga­ni­sche verbindin­gen. Hierbij wordt tevens

      waterstofchloride ge­vormd, bijvoor­beeld:

 

      CH₃COOH + Cl₂  → CH₂ClCOOH +  HCl

 

b. door waterstof te laten reageren met chloor ("verbran­den" van chloor)

c. door de reactie van een chloride, bijvoorbeeld natri­um- of kaliumchloride met geconcentreerd zwavel­zuur (Mann­

    heimovens). De reactie verloopt in twee stappen:

      NaCl + H₂SO₄  →  NaHSO₄ +  HCl    ( bij 150 °C)

      NaCl + NaHSO₄ →  Na₂SO₄ +  HCl    ( bij 350 - 500 °C)

      Dit proces levert zeer zuivere waterstofchloride op.

 

Het meeste zout­zuur wordt 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 voor tal van neutralisaties (bijv. van natrium- en calciumhydroxide-oplossin­gen).

 

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

Plastic (PVC)

35 à 40 % van het geproduceerde chloor wordt gebruikt voor de berei­ding van vinylchloride (CH₂=CHCl). Dit wordt omgezet in polyvi­nyl­chloride (PVC), een van de meest gebruikte kunststof­fen:

                                 FeCl₃                                            

CH₂ = CH₂ + Cl₂       →       CH₂Cl - CH₂Cl 

of

4 HCl      + 2 CH₂ = CH₂   +   O₂     →      2 CH₂Cl - CH₂Cl    + 2 H₂O      

 

gevolgd door

                             500^oC

CH₂Cl - CH₂Cl              →      CH₂ = CHCl  +  HCl

                        (vinyl­chloride)

 

n CH₂ = CHCl  →   ..[CH₂ - CHCl]_n..

                        (PVC)

 

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

Chloor wordt ook gebruikt bij de bereiding van (tussen­pro­ducten voor) andere polymeren, zoals epoxyhars, polyur­ethaan, polycarbonaat en siliconen.

 

Vlekkenwater (“Ontvlekker”)

Vroeger werd tetrachloorkoolstof (CCl₄) - kortweg tetra genoemd - veel gebruikt als oplosmiddel bij het verwij­deren van vlekken. Omdat tetra vrij giftig is, werd het vervangen door trichloor­etheen (­Cl₂C = CHCl) en methy­leen­chloride (of dichloormethaan, CH₂Cl₂). 

Deze oplosmiddelen lossen ge­makkelijk vlekken op van apolaire stoffen, zoals vet of teer. Voor de zoge­noemde dry­cleaning wordt perchloor­eth(yl)een (of tetra­chloor­etheen, Cl₂C = CCl₂) gebruikt.

Het verbruik van chloorhoudende oplosmiddelen is de laatste jaren sterk afgenomen, vanwege hergebruik en het werken in gesloten installaties. Het gebruik van deze oplosmiddelen is aan wettelijke regels gebonden.

 

Geneesmiddel

Chloor wordt in de geneeskunde veel toegepast. Het merendeel (85 %) van de geneesmiddelen bevat chloor of wordt met behulp van chloorhoudende tussenproducten gemaakt. Een aantal voorbeelden:

 

cytostatica of alkylerende farmaca  

chloorambucil (C₁₄H₁₉NO₂Cl₂; merknaam Leukeran®) en chloormethinehydrochloride (C₅H₁₁NCl₂.HCl). Deze stoffen remmen de celgroei en celdeling van tumoren. Zij worden gebruikt in de chemotherapie bij de behandeling van de ziekte van Hodgkin, chronische lymfatische leukemie, kanker van de eierstok en borstkanker.

 

cisplatina of cis-diamminedichloorplatina(II), Pt(NH₃)_­2Cl₂. Een cytostaticum, dat wordt ingezet  voor het behandelen van tumoren in testes, blaas en eierstok­. (zie ook 78 - Platina). 

 

antiseptica en desinfectantia

chloorhexidinedigluconaat (C₂₂H₃₀N₁₀Cl₂.2C₆H₁₂O₇).  Een desinfectiemiddel dat alleen of in combinatie met een ander middel, als oplossing of crème wordt gebruikt als ontsmettingsmiddel van huid, wonden, slijmvliezen, enz. Het is beschikbaar als zuigtablet (merknaam: Mefren®) en is tevens een mondspoelmiddel ter voorkoming van plaque (merknaam: Corsodil®). Chloorhexidinemonogluconaat en - hydrochloride worden eveneens gebruikt, de laatste als zuigtablet (merknaam: Golaseptine®).

Enkele andere antiseptica zijn: 

-      benzalkoniumchloride (merknaam: Cedium®)

-      natriumhypochloriet (5 g/l) - bijvoorbeeld voor het ontsmetten van drugsspuiten - 

-      chloorxylenol (C₈H₉ClO, merknaam: Dettol®)

-      chlorofeen (C₁₃H₁₁ClO), in combinatie met laurylsulfatide trirthanslamine (merknaam: Neo-sabenyl®)

-      p-chloor-m-cresol (C₇H₇ClO), in combinatie met o-fenylfenol (C₁₂H₁₀O) en p-chloor-o-benzylfenol  

       (C₁₃H₁₁ClO, merknaam: Helipur®).  

antibiotica:

chlooramphenicol (C₁₁H₁₂Cl₂N₂O₅) en chloortetracycline (C₂₂H₂₃ClN₂O₈) worden gebruikt  in oor- en oogdruppels.                  

 

overige:

-        chloorthalidone (C₁₄H₁₁ClN₂O₄S), wordt gebruikt als diureticum (plastablet; merknaam: Hygroton®   

          en 

         Chlortalidone®), en - in combinatie met betablokkers - als antihypertensivum (tegen hoge 

          bloeddruk;   

         merknaam: Tenoretic®).

-        chloorpromazine (C₁₇H₁₉N₂ClS, merknaam: Largactil®) wordt gebruikt ter behandeling van   

          psychose.

-        oxybuprocaïnehydrochloride (C₁₇H₂₈N₂O₃.HCl), een oppervlakteanestheticum voor de ogen

         (collyriumoplossing) en de huid (zalf; merknaam: Novesine®), en lidocaïnehydrochloride 

         (C₁₄H₂₂N₂O.HCl),  

         een anesteticum in de vorm van een gel (merknaam: Xylocaïne®). 

-        chloorbutanol (C₄H₇Cl₃O), een conserveermiddel in oogdruppels en preparaten voor inwendig 

          gebruik.

-        fysiologische (zout)oplossing: een oplossing met 9 g NaCl/l

VERDERE TOEPASSINGEN

Toepassingen als niet-ontleedbare stof (element):

bereiding van chloorverbindingen (PCl₃; PCl₅; diverse organische chlo­or­verbindingen) 

bereiding van titaandioxide

winnen van metalen

Toepassingen als ontleedbare stof (verbinding):

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
desinfectans	ClI
	ZnCl2
desinfecteren van hout	AlCl3
dieetzout	KCl
etsen van glas	TiCl4
fotografie	AgCl
geneeskunde        behandeling van infecties aan de urinewegen en van                                 bepaalde soorten nierstenen	NH4Cl
losmaken en ophoesten van slijm	NH4Cl
remstof bij arteriosclerose (aderverkalking)	LaCl3
tegen verhoogde werking van de schildklier	KClO4
geochronologie	36Cl-verbindingen
gladheidbestrijding	CaCl2
grondstof bereiding wasmiddelen	H­SO3Cl
harden van  staal	BaCl2
herbicide	Na- of  KClO3
kleuren ('platen') van ijzer/staal: brons, van zink: zwart	SbCl3
kleuren van vuurwerk, blauw/groen	Cu(NO3)2
kleuren van vuurwerk, karmijnrood	SrCl2
kleuren van wol, rood	SnCl2
klimaatregeling	LiCl
koelpekel	CaCl2
kopieer- en faxpapier	ZnCl2
	CuCl2
kunstmest	KCl
lenzen voor IR-camera's en -spectroscopie	TlCl
	Na- of KCl
medicinale tandpasta	SrCl2
	KCl
metaaletsmiddel	FeCl3
ontkleuring van plantaardige olie	FeCl3
ontsmettingsmiddel voor o.a. stallen, toiletten, kadavers	chloorkalk,
	3CaCl­(OCl).­Ca(OH)2.5H2O
ontspiegelen van lenzen	TiCl4
optische vezels	GeCl4
patronen voor O2-levering (o.a. in duikboten en vliegtuigen en                                              gasmaskers)	Na- of  KClO3
radiografie	AgCl
raketbrandstof (vast, o.a. bij de Arianeraket en de Space-Shuttle)	NH4ClO4
rookgordijn	TiCl4
soldeervloeistof	ZnCl2
springstof- en vuurwerkingrediënt	Na- of  KClO3
sproeien van droge wegen om stuiven tegen te gaan	CaCl2
verfbereiding	SnCl2
waterontharder	BaCl2
organisch:
beitsmiddel voor granen	tetrachloor-1,4-benzochinon
bleken van wol	chlooramine-T
conservering van groenvoeder	zouten van trichloorazijn­zuur
conservering van wijn	chloorazijnzuur
desinfectie- en conserveringsmiddel	chloorkresolen
	chloo­rfenolen
desinfectiemiddel, voor wonden, kleding, ziekenka­mers,
injectienaalden, instrumenten, apparatuur, stallen	chlooramine-T,
	natrium-m-chloor-4-
	tolueensulfonamide
houtveredelingsmiddel	alkyldimethylbe
insecticiden en herbiciden	chloorfenolen
leerbereiding (zeemleer)	CCl2 = CCl2
mottenballen	1,4-dichloorbenzeen
muizengift	chlooralose,
	2,2,2-trichloorethylideen-a-D-gluco­   furanose
onderwaterbescherming voor beton, schepen, zwembaden	gechloreerd rubber
traangas	chlooracetofenon, C6H5COCH2Cl
	chlooraceton, CH3COCH2Cl
verpakkingsmateriaal	PVDC