Berechnung des verfügbaren Chlors (aktives Chlor)

Berechnung des verfügbaren Chlors

I. Definition

Der verfügbare Chlorgehalt in chlorbasierten Desinfektionsmitteln bezieht sich nicht auf die Chlormenge, sondern auf das Oxidationsvermögen des Desinfektionsmittels, ausgedrückt als äquivalentes Oxidationsvermögen von Chlor. Genauer gesagt, er repräsentiert die Menge an Chlorgas, deren Oxidationsvermögen dem einer bestimmten Menge des Desinfektionsmittels nach vollständiger Reaktion mit Säure entspricht. Reagiert beispielsweise 100 g Calciumhypochlorit vollständig mit Salzsäure und setzt dabei 99,3 g Chlor frei, so beträgt der verfügbare Chlorgehalt des Calciumhypochlorits 99,3 %. Somit spiegelt der verfügbare Chlorgehalt das Oxidationsvermögen chlorbasierter Desinfektionsmittel wider. Je höher der verfügbare Chlorgehalt, desto stärker die Desinfektionswirkung und umgekehrt.

Der verfügbare Chlorgehalt wird üblicherweise in Milligramm pro Liter (mg/L) oder Teilen pro Million (ppm) angegeben. Beispielsweise bedeutet 100 ppm, dass die Oxidationskapazität eines Liters Desinfektionsmittellösung (100 g) 0,1 g (100 mg) Chlor entspricht. Daher kann die Angabe auch als 100 mg/L oder einfach mg/L erfolgen.

Bei sehr hohen Gehalten an verfügbarem Chlor in chlorbasierten Desinfektionsmitteln kann dieser Wert in Prozent angegeben werden. Beispielsweise entspricht ein Gehalt von 1 % verfügbarem Chlor 10.000 ppm (10.000 mg/l, d. h. 10 g verfügbarem Chlor pro Liter).

II. Berechnung des verfügbaren Chlors

Berechnung basierend auf dem Elektronentransfer

Verfügbares Chlor = Effizienzkoeffizient × Chlorgehalt

Wo:

Effizienzkoeffizient = Anzahl der aufgenommenen Elektronen / Anzahl der Cl-Atome (die Anzahl der Chloratome im Desinfektionsmittelmolekül; die Anzahl der aufgenommenen Elektronen ist die Nettoelektronenänderung pro Chloratom).

Chlorgehalt = Atomgewicht von Chlor / Molekulargewicht der Desinfektionsmittelverbindung.

Das Ergebnis entspricht der Anzahl der pro Chloratom aufgenommenen Elektronen multipliziert mit dem prozentualen Chloranteil in der Desinfektionsmittelverbindung.

Beispiele:

Cl₂: (2/71) × 35,5 = 1

NaClO: (2/74,5) × 35,5 = 0,953

Ca(ClO)₂: (4/143) × 35,5 = 0,993

ClO₂: (5/67,5) × 35,5 = 2,63

Verfügbares Chlor bezeichnet Chlor in positiver Oxidationsstufe in Chloriden. Seine Berechnung lässt sich aus der Abnahme der Oxidationsstufe in Redoxreaktionen ableiten. Konventionsgemäß wird das verfügbare Chlor von Cl₂ mit 100 % definiert. Cl₂ kann als bestehend aus einem Cl⁺- und einem Cl⁻-Ion betrachtet werden. In ClO₂ liegt Chlor in der Oxidationsstufe +4 vor und muss 5 Elektronen aufnehmen, um die Oxidationsstufe -1 zu erreichen. Daher ist der Gehalt an verfügbarem Chlor fünfmal so hoch wie der tatsächliche Chlorgehalt. Der tatsächliche Chlorgehalt von ClO₂ beträgt 35,5/67,5 ≈ 52,6 %, somit ist der Gehalt an verfügbarem Chlor 52,6 % × 5 = 2,63. Dies erklärt, warum das verfügbare Chlor von ClO₂ 2,63-mal so hoch ist wie das von Cl₂.

Wenn man jedoch Cl₂ als 100 % annimmt, hat Chlor in Cl₂ die Oxidationsstufe 0 und nimmt 1 Elektron auf, um die Oxidationsstufe -1 zu erreichen, während ClO₂ 5 Elektronen aufnimmt. Daher besitzt ClO₂ bei gleicher Stoffmenge die 5-fache Oxidationskraft von Cl₂.

Das verfügbare Chlor in Natriumhypochlorit (NaClO)-Lösung stammt von hypochloriger Säure (HClO). Natriumhypochlorit ist ein schwacher Elektrolyt, der in Lösung eine leichte Hydrolyse erfährt und dabei ein Ionisationsgleichgewicht aufrechterhält.

NaClO + H₂O ⇌ HClO + NaOH

oder: ClO⁻ + H₂O ⇌ HClO + OH⁻

Daher ist die aktive Komponente HClO, welches das verfügbare Chlor darstellt.

Lässt sich der verfügbare Chlorgehalt von Natriumhypochlorit mithilfe der Elektronentransfermethode berechnen?

Im Natriumhypochlorit ändert sich die Oxidationsstufe des Chlors von +1 auf -1, wodurch es 2 Elektronen aufnimmt.

Chlorgehalt = 35,5 / (23 + 35,5 + 16) = 47,65 %

Somit beträgt sein verfügbarer Chlorgehalt 47,65 % × 2 = 95,3 %.

Berechnung auf Basis von Reaktionsgleichungen (Experimentelle Bestimmung)

① Der Gehalt an „verfügbarem Chlor“ ist definiert als das Verhältnis der Masse an Cl₂, die zur Oxidation derselben Menge I₂ aus KI benötigt wird, zur Masse der jeweiligen Verbindung, oft in Prozent angegeben. Beispielsweise beträgt der Gehalt an „verfügbarem Chlor“ in reinem LiClO 121 %.

Reaktionen:

Ca(ClO)₂ + 4HCl → 2Cl₂ ↑ + CaCl₂ + 2H₂O

Cl₂ + 2KI → 2KCl + I₂

2Na₂S₂O₃ + I₂ → Na₂S₄O₆ + 2NaI

② Das verfügbare Chlor wird auf der Grundlage der Menge an Chlorgas berechnet, die bei der Reaktion des Desinfektionsmittels mit Salzsäure entsteht.

Für die Reaktion von Natriumhypochlorit mit Salzsäure:

NaClO + 2HCl → Cl₂ ↑ + NaCl + H₂O

74,5 g → 71 g

1 g → 0,953 g

Somit erzeugt 1 g Natriumhypochlorit 0,953 g Chlorgas, was mit dem Ergebnis der Elektronentransfermethode übereinstimmt.