Chlorknallgas

Chlorknallgas ist eine Gasmischung aus Wasserstoff und Chlor, die bei Belichtung oder thermischer Aktivierung wie Knallgas in einer heftigen exothermen Reaktion explosionsartig zu Wasserstoffchlorid (Chlorwasserstoff) reagiert:

$ \mathrm {H_{2}+Cl_{2}\ \xrightarrow {Licht,W{\ddot {a}}rme} \ 2\ HCl} $

Die Reaktion wurde 1809 von den französischen Chemikern Joseph Louis Gay-Lussac und Louis Jacques Thenard beobachtet.^[1]

Den Reaktionsmechanismus, eine lichtinduzierte radikalische Kettenreaktion, klärten Walther Nernst und Max Bodenstein auf. Er lautet:^[2]

$ \mathrm {Cl_{2}\ \xrightarrow {Energie} \ 2\ Cl{\cdot }\quad (Kettenstart)} $

$ \left.{\begin{matrix}\mathrm {Cl{\cdot }+H_{2}\longrightarrow HCl+H{\cdot }} \\\mathrm {H{\cdot }+Cl_{2}\longrightarrow HCl+Cl{\cdot }} \end{matrix}}\quad \right\rbrace \mathrm {(Kettenfortpflanzung)} $

$ \left.{\begin{matrix}\mathrm {H{\cdot }+Cl{\cdot }\ \xrightarrow {M} \ HCl} \\\mathrm {2\ H{\cdot }\ \xrightarrow {M} \ H_{2}} \\\mathrm {2\ Cl{\cdot }\ \xrightarrow {M} \ Cl_{2}} \end{matrix}}\quad \right\rbrace \mathrm {(Kettenabbruch)} $

Für die Kettenabbruchreaktionen ist ein dritter Stoßpartner M nötig, um die Bindungsenergie abzuführen. Die Kettenlänge hängt daher vom Druck ab und erreicht bei Normaldruck Werte von 10⁶.

Die bei der Kettenreaktion freigesetzte Energie führt zu einem Temperaturanstieg, der zunächst wenig Einfluss auf die Umsatzrate hat, bis schließlich thermische Dissoziation zu schnellem Anwachsen der Radikalkonzentration führt.

Quelle