Anfängerluftschloß Cl-HCl durch Elektrolyse(Salzwasser)

[Schnippschnapp]

Guten Abend,
da ich mich die letze Zeit ein wenig in die absoluten Grundlagen eingelesen habe (Schulbücher) wollte ich jetzt meinen ersten (etwas ernsteren) Versuch machen und hätte dazu ein paar Fragen. Hoffe die Kategorie hier passt.

Und zwar möchte ich schwache Salzsäure herstellen aus Salz und Wasser. (Die dann später konzentriert wird) Per Elektrolyse. Der Versuchsaufbau, den man so sieht, etwa auf YT, sieht folgendermassen aus:

2 Gefässe gefüllt mit Salzwasserlösung werden mit einer dünnen Rohrleitung verbunden, dann wird ein schwacher Strom angelegt von einem Gefäss zum anderen, 4,5V. Als Anode/Kathode werden Kupfer und Graphite verwendet, ob auch geläufigere Sachen gehen, weiss ich nicht.

An der Anode steigen nach einer zeit Cl-Moleküle auf, die sich dann mit dem H2O zu HCl verbinden sollen (Das Gefäss ist verschlossen mit einer Plastikfolie)

Ich hätte jetzt 2 Fragen, die erste betrifft den Versuchaufbau,

1. wäre es nicht besser, das Cl, das im 2ten Gefäss entsteht, weiterzuleiten in einen 3tten Behälter, in dem frisches H2O steht? Weil im Ausgangsgefäss schwimmt ja nun Natrium rum?

2.Welche Konzentration von HCl kann man damit erreichen? Wird das ganze Cl, das in NaCl gebunden ist, frei gesetzt? Wenn man nach der mol.Masse geht, besteht Salz zu über 60% aus Chlor, bedeutet das, wenn man 100g Salz einrührt, bekommt man über 60g Chlor, das sich widerrum zu über 60g HCl verbindet mit dem Wasser? das wäre ja gar nicht so wenig.

3. Müsste dabei nicht theoretisch ein ganz schöner Überdruck entstehen? Falls die Gefässe alle verschlossen wären? Sind sie ja nicht, aber ich frage nur falls, wegen Weiterleitung des Cl in ein 3ttes Gefäss, falls das überhaupt Sinn macht. Oder verbindet sich das ganz Chlor zu HCl, bevor sich genug Gas ansammelt um einen Druck zu bilden? Es müsste ja theoretisch immer auf der Wasseroberfläche liegen, ich weiss aber nicht, was schneller abläuft, die Freisetzung von Cl, oder das Verbinden von Cl mit H2O zu HCl.


edit: Ach ja, falls die Überschrift nicht ganz fachgerecht ist, korrigiere ich das...falls sich jemand dran stösst.

[mgritsch]

steigen nach einer zeit Cl-Moleküle auf, die sich dann mit dem H2O zu HCl verbinden sollen

Was wäre denn dafür eine Reaktionsgleichung?

[lemmi]

Ja, Schlag mal die Reaktion von Chlor mit Wasser nach! Und vielleicht auch mal "Salzsäure Darstellung".

[aliquis]

Hier ist soviel falsch, dass ich nicht weiß, wo anfangen und wo aufhören.
Wie schon einmal erwähnt: aus Chlor und Wasser entsteht keine Salzsäure. Du müsstest das Chlor schon auffangen und Wasserstoff darin verbrennen und zeitgleich das entstehende HCl-Gas in Wasser lösen - im einfachen Hobbylabormasstab kaum möglich.
In Deinen Aufbau entsteht allenfalls Natriumhypochloritlösung (Chlorbleiche), wenn sich die Inhalte der beiden Zellen durch Diffusion wieder vermischen (insofern liegst Du mit Deiner Befürchtung richtig).
Vergiss YouTube, kaufe Dir stattdesen ein gutes Anleitungsbuch und beginne mit Kapitel 1 - inkl. der theoretischen Grundlagen. Sonst wirst es bei Dir ewig und drei Tage ein planloses Zusammengekippe bzw. ein Nachgekoche von schlechten Vorlagen bleiben - ohne eine echte Ahnung davon, was dabei eigentlich vor sich geht..

[Schnippschnapp]

Oje

Ja ich hab tatsächlich nur ein oder 2 Youtube Videos angesehen. Da beide das behaupteten, dass HCl rauskommt, hab ich das mal so angenommen..
Hatte aber noch was vergessen, UV-Einstrahlung....
Bei reaktionsgleichungen bin ich noch gar nicht, wollte endlich mal iwas praktisches machen...hatte jetzt eher gedacht da entsteht natriumhydroxid..alle Bausteine sind ja dafür da...aber das ist wohl nicht Grund genug...

[aliquis]

Ja, in der Tat: unter UV-Licht zerfällt Hypochlorige Säure zu HCl und Sauerstoff.
Das ist wegen der mässigen Wasserlöslichkeit von Chlor allerdings nur eine relativ ineffiziente Herstellungsmethode. Ausserdem hast Du wie richtig vermutet massive Verunreinigungen durch NaCl (welches die Wasserlöslichkeit zusätzlich verringert und weshalb Kochsalzlösung als Sperrflüssigkeit zum pneumatischen Auffangen von Chlorgas verwendet wird).

[Schnippschnapp]

ich hatte mal geguckt wegen reaktion von Cl mit Wasser

Cl2(g) + H2O(l) <-> OCl-(aq) + 2H+(aq) + Cl-(aq)

Das bedeutet wohl, mit Chlor und normalem(Süsswasser) kommt man gar nicht zur Salzsäure ohne Natrium? Also wäre die Idee, das Gas in einen 3tten Behälter mit normalem Wasser zu leiten, eh sinnlos gewesen? das geht nur über diesen Umweg über den zerfall von Natriumhypochlorit? Hab ich das so richtig verstanden?

Ja ich hab gelesen Chlor löst sich nur bis zu 6g/L...

das ist echt verwirrend...es gibt so viele verbindungen, die aus den Elementen NA, Cl, H und O bestehen und sich alle ähnlich anhören.


edit: ich hab gerade nochmal auf einer anderen (Lehrseite) gelesen, da entsteht ja wirklich Natronlauge(natriumhydroxid)..also bei der Elektrolyse von Salzwasser..wi. Glaube der Versuch ist doch ein bischen zu komplex für den Anfang, auf jeden Fall, wenn man alle Schritte verstehen will..da passieren doch schon eine ganze Reihe von Dingen nacheinander.
Aber ich werde mal die nächsten tage versuchen, alle Schritte nacheinander nachzuvollziehen, aufzuschreiben und zu berechnen, wieviel von jeder Verbindung dabei entsteht...falls das überhaupt möglich ist, allein mit dem Wissen der mol.Masse und der Löslichkeit von Salz und Cl2 in Wasser...falls nicht, muss ich das auch noch rauskriegen...argh.ist auf jeden Fall ne Mammutaufgabe für mich aber müsste doch zu schaffen sein..

[aliquis]

Bei Durchführung in getrennten Zellen "stört" die entstehende Natronlauge wenig. Doch da liegt auch das Problem: Jede Reaktion unterliegt einem Gleichgewicht und die liegt hier fast ganz auf der linken Seite der Gleichung, heißt: Du hast vor allem physikalisch gelöstes Chlor.
Willst Du es nach rechts zun Hypochlorit verschieben, musst Du die Protonen abfangen. Dazu wäre die Natronlauge sogar erforderlich. Aber Du bekommst dann halt Natriumhypochlorit und nicht Hypochlorige Säure. Zerfällt anschliessend das Hypochlorit im UV-LIcht, so entsteht wieder Natriumchlorid und Sauerstoff. Zur Salzsäure kommst Du so nicht. Nur in getrennten Zellen kann sie entstehen - in ganz geringem Maße neben viel nicht umgesetztem Chlor sowie Natriumchlorid aus der Ausgangslösung.
Deshalb erzeugt man im großtechnischen Verfahren zunächst Wasserstoff und Chlor elektrolytisch und verbrennt dann das erste im zweiten (nie umgekehrt oder miteinander: hochexplosiv!) zu HCl.
Chemie funktioniert so, wie die Naturgesetze es vorgeben, und nicht immer so, wie der Experimentator es vll. gerade gerne hätte. Der Weg über den Zerfall der Hypochlorigen Säure ist hier allenfalls eine unbedeutende Nebenreaktion und synthetisch eher ein Holzweg, den zu beschreiten sich nicht wirklich lohnt.

[mgritsch]

Ja ich hab tatsächlich nur ein oder 2 Youtube Videos angesehen.

YouTube ist sicher kein guter Startpunkt für dich. Die Videos sind tendenziell für Klicks ($$$) optimiert und nicht für gute Information. Wer sich schon gut auskennt mag dort mitunter Anregungen finden (und kann ggf erkennen wo sogar Fakes und Falschinformationen drin stecken), für einen Einstieg ist das nix.

Empfehlung:
https://www.chemieunterricht.de/dc2/tip/00_00.htm
https://www.axel-schunk.de/experiment/archiv.html

Hier hast du >25 Jahre an Experimenten des Monats = über 600 die meist sehr Einsteigertauglich und mit entsprechenden Erklärungen versehen sind.

Wenn du die durch hast könntest du zu
https://woelen.homescience.net/science/ ... x_lex.html
gehen, die sind ein bisschen anspruchsvoller.

Und wenn du das auch durch hast und vielleicht ein gewisses Interesse für ein Fachgebiet entwickelt hast (Anorganik? Analytik? Organik?) dann kannst du zB bei uns in den Artikeln je nach Thema wühlen oder auch YouTube gucken.

[lemmi]

Cl2(g) + H2O(l) <-> OCl-(aq) + 2H+(aq) + Cl-(aq)

Das ist ein komplettes No-Go! Bitte schreib Formeln und Gleichungen richtig: mit hoch- und tiefgestellten Zeichen! Dafür haben wir extra die Formatierungen "sub"=tiefgestellt und "sup" = hochgestellt.
Zwischen den Zahlen vor den Formeln und der Formel lass bitte ein Leerzeichen und vor und nach Pluszeichen und Reaktionspfeilen derer zwei. A propos Reaktionspfeil. Der sollte etwas länger sein, sieht einfach besser aus!

Also, die Gleichung heißt richtig.

Cl₂(g) + H₂O(l) <---> OCl^-(aq) + 2 H⁺(aq) + Cl^-(aq)

Die Aggregatzustände (g, l, aq) kannst du dagegen weglassen. Das ist im angloamerikanischen Sprachraum üblich, bei uns aber nicht. Jeder der die Gleichung liest sollte wissen, dass Chlor ein Gas und H⁺ in wässriger Lösung (eigentlich als H₃O⁺) vorliegt.

Cl₂ + H₂O <---> OCl^- + 2 H⁺ + Cl^-

Letzteres ist aber Geschmackssache.

[Schnippschnapp]

@mgritsch:

danke, ich hab mir die links mal abgespeichert für den desktop, werd ich mal reingucken. Eig. interessiert mich organische Chemie eher, aber vielleicht ändert sich das ja, wenn ich ein bischen mehr weiss. Zu lesen hab ich genug, ich hab mittlerweile 6 Bücher, anfangen tu ich mit denen für 9/10 Klasse. Es gibt auch den den ein oder anderen Youtube Kanal, der nicht so schlecht ist.
Ich hab auch schon viel gelernt finde ich, aber noch nix, dass ich irgendwie anwenden kann..alles nur so weit verstreute Einzellektionen, das Verbindende fehlt noch. Ich weiss zb. überhaupt nicht, was bei einer Elektrolyse passiert und wie man das vorhersagen kann...warum H₂ an der Kathode aufsteigt un Cl₂ an der Anode..und warum sind die Cl-Ionen im Wasser negativ und die Na-ionen positiv? Das heisst doch, Na hat ein Elektron aufgenommen und Cl eins abgegeben? Rein nach gefühl hätte ich eher gedacht, es wäre der umgekehrte Fall, weil Cl eine höhere Elektronennegativität hat und Elektronen stärker anzieht? Warum "schnappt" Cl sich dann nicht die Elektronen?

Ich dachte wirklich bei dem Versuch entsteht nicht wenig HCl, weil der PH-Wert am Ende so niedrig war..aber dann ist das wohl tatsächlich nicht der rede wert, was da entsteht? Weniger als 1%, oder?

[aliquis]

Mit den Elektronen bei Alkalimetall und Halogen ist es genau andersherum. Das zeigt aber, wie sehr es Dir noch an den Grundlagen zum Verstehen fehlt.
Schlag mal Schalenmodell und Oktettregel in Deinem Lexikon nach.

Es kann nicht mehr HCl entstehen als Cl vorher drin war - und das ist schon nicht das Allermeiste.
Wieviel davon umsetzt wurde, hängt davon ab, wie lange das Chlorwasser in wie starkem UV-Licht gestanden hat - bevor es eh einfach ausgegast war (Frischhaltefolie ist ja alles andere als gasdicht).
Aber glaub mir: die Methode ist so ineffektiv, dass sich nicht mal das Nachrechnen lohnt...
pH-Wert - wenn mit Indikator getestet - kann täuschen, da das Chlor die Farbstoffe bleicht...

[aliquis]

Experimentieren entlang der Grundlagen mit überschaubarem apparativen Aufwand und soviel Erklärung wie nötig war ein gutes didaktisches Konzept, dem die früheren Kosmos-Experimentierkästen gefolgt sind.
Der C1 und sein Anleitungsbuch könnte Dir helfen, zügig auf den Kenntnis- und Methodenstand eines Elftklässlers zu kommen, ohne dass die Freude am Experimentieren dabei auf der Strecke bleiben muss.
Manchmal wird ein gut erhaltener Kasten in der Bucht oder bei Kleinanzeigen angeboten.
Wenn Du das Styropor nicht mitkaufen möchtest oder es lieber ganz neu hättest, kannst Du viele Teile noch beim Kosmos Ersatzteilservice nachbestellen oder aber gleich alles nach Inventarliste einzeln im Laborfachhandel zusammenkaufen (damit kommt man i. d. R. günstiger dabei weg). Auch für die Chemikalien findest Du im entsprechenden Thread genug mögliche Händler.
Wenn die Grundaustattung bereits vorhanden und nur das Anleitungsbuch gewünscht ist, wirst Du hier kostenlos fündig: https://www.rigert.com/ee-wiki/index.php?title=C1

[Schnippschnapp]

Sieht gut aus...werd ich auch mal durchgehen und die Versuche machen, die ich kann. das meiste an "hardware" dürfte ich haben. Fehlen wahrscheinlich nur noch die meisten Chemikalien.

Mit kaufen hab ich erstmal nen Stop eingelegt jetzt, 2 Pakete sind noch unterwegs, hatte schon zuviel Impulskontrollverluste die letzten Wochen und hab ein ganz schönes Sammelsurium zusammengekauft. Geldverschwendung war es nicht..sind ja alles Sachen, die man irgendwie braucht, fragt sich nur wann. Aber Budget ist jetzt erstmal ausgereizt. Stichsäge, Acrylglas etc, musste ich auch alles nebenbei kaufen für meinen Abzug. Meine Handkreissäge ist zu ungenau.Alle mögliche Gläser, Becher Schläuche, Pimpetten etc.
Ein paar kleine Grundchemiekalien sind aber immer noch drin, ohne die gehts ja nicht.

[mgritsch]

Eig. interessiert mich organische Chemie eher, aber vielleicht ändert sich das ja, wenn ich ein bischen mehr weiss.

Organische Chemie ist wunderbar aber meist deutlich komplexer in den Mechanismen (Verständnis was da warum passiert) und deutlich aufwändiger in der Durchführung (Chemikalien, Geräte, Techniken). Auch auf der Uni fängt man nicht damit an (kam bei uns erst im 3. Semester) und die theoretischen Grundlagen sind teilweise echt lähmend und viel.

Anorganik ist deutlich Einsteiger-freundlicher, mit einer überschaubaren Menge an Substanzen kann man schon viel anfangen, das meiste sind mehr oder weniger einfache ionische Reaktionen und bald verstanden. Kristalle können optisch lohnende Ergebnisse sein.

Analytisch arbeiten fand ich immer besonders lebensnah, herausfinden woraus etwas besteht oder wie viel enthalten ist, ist IMHO spannender und lohnender als das hundertste Pülverchen-Produkt in ein Röhrchen zu füllen und zu den anderen in die Box legen. Apparativ braucht es wenig - mit Waage, Bürette, (Mess-)Kolben Becher- und Reagenzglas ist man schon gut dabei.

Rein nach gefühl hätte ich eher gedacht, es wäre der umgekehrte Fall, weil Cl eine höhere Elektronennegativität hat und Elektronen stärker anzieht? Warum "schnappt" Cl sich dann nicht die Elektronen?

Elektronegativ bedeutet Elektronen anziehend, also passt das schon so. Zieht an = macht ein negatives Ion. Bei der Elektrolyse zwingt man ihm durch Spannung das Elektron wieder weg.

Optimal wäre wenn du in deinem Umfeld einen „Tutor“ mit Chemie-Wissen findest der dir beim Verständnis helfen könnte. 15 Minuten in einem Gespräch Fragen klären und ein paar ergänzende Skizzen bringt oft mehr als stundenlang in Büchern stöbern und frustriert sein weil man keine Antworten findet weil man nicht mal weiß was man suchen soll und die Hälfte nicht versteht… bei so Grundlagen wird das hier im Forum auch eher mühsam.

Ich dachte wirklich bei dem Versuch entsteht nicht wenig HCl, weil der PH-Wert am Ende so niedrig war..aber dann ist das wohl tatsächlich nicht der rede wert, was da entsteht? Weniger als 1%, oder?

pH ist ein logarithmisches Maß und damit recht täuschend. pH 1 = 0,1 mol/l an H⁺ = ca 3,6 g/l an HCl. Bei pH 2 ist es 0,01 mol/l…

(Mit dem Konzept „mol“ bist du vertraut?)