Chlormethan

Chlormethan CH₃Cl
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

Herstellung

Chlormethan, ein wichtiges Halogenalkan, wurde zum ersten Mal 1835 von Dumas und Peligot hergestellt, indem sie eine Mischung aus Methanol, Schwefelsäure und Kochsalz erhitzten. Was die Chemiker damals noch nicht wussten: Das Chlormethan wurde durch eine Nucleophile Substitution der OH-Gruppe des Methanols durch Chlor-Atome aus dem Kochsalz synthetisiert. Auch heute noch ist dieses Verfahren die wichtigste Methode zur Herstellung von Chlormethan bzw. Methylchlorid, wie es auch genannt wird.

Zwei beliebte Verfahren zur Synthese von Chlormethan
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: ---

Eine weniger bedeutsame Methode ist die direkte Chlorierung von Methan bei hohen Temperaturen um 400 Grad Celsius. In Chemie-Lehrbüchern und auch im Schulunterricht wird diese Methode aber als Musterbeispiel bzw. Einstiegsbeispiel für die Radikalische Substitution behandelt.

Physikalische Eigenschaften

Chlormethan ist ein farbloses Gas mit einem Siedepunkt von -23,8 ºC und einem Schmelzpunkt von -97,4 ºC. Diese beiden Werte liegen deutlich über denen des Methans, aber auch deutlich unter denen des Methanols.

Siedepunkte von Methan (-162 ºC), Chlormethan (-23,8 ºC) und Methanol (+65 ºC)
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

Den "mittleren" Siedepunkt von Chlormethan kann man mit Oberstufen-Wissen leicht erklären: Methan-Moleküle ziehen sich lediglich durch schwache London-Kräfte an (in Schulbüchern als van-der-Waals-Kräfte bekannt), Methanol-Moleküle aber durch relativ starke Wasserstoffbrücken-Bindungen. Chlormethan-Moleküle sind permanente Dipole, sie können zwar keine H-Brücken untereinander ausbilden, wohl aber "mittelstarke" Keesom-Kräfte (in Schulbüchern als Dipol-Dipol-Wechselwirkungen bekannt).

Die Dichte eines Gases wird immer in kg/m³ angegeben, sie liegt für Chlormethan bei 2,31 kg/m³ (bei 0 ºC). Zum Vergleich: Die Dichte von Methan beträgt 0,72 kg/m³ (bei 0 ºC). Die hohe Dichte des Chlormethans ist zum einen dem schweren Chlor-Atom geschuldet, zum anderen den stärkeren intermolekularen Anziehungskräften.

Da Chlormethan-Moleküle keine Wasserstoffbrücken-Bindungen zu Wasser-Molekülen ausbilden können, ist die Wasserlöslichkeit recht gering: In einem Liter Wasser lösen sich maximal 5 g Chlormethan.

Chemische Eigenschaften

Mit Wasser bildet Chlormethan ein Gashydrat CH₃Cl • 6 H₂O, das fast wie Schnee aussieht. Die Wasser-Moleküle bilden mit Hilfe von H-Brücken eine Art Käfig, in dem das Chlormethan-Molekül eingeschlossen ist. Allerdings zerfällt dieser Käfig schon bei Temperaturen über 7 ºC.

Mit Alkali- und Erdalkalimetallen, aber auch mit Aluminium oder Zink kann Chlormethan metallorganische Verbindungen bilden, zum Beispiel CH₃-Mg-Cl oder Al(CH₃)₃ • AlCl₃. Chlormethan wird auch zur Herstellung von Tetramethylblei verwendet, einem Benzin-Zusatz, der das Klopfen des Verbrennungsmotors reduziert:

4 CH₃Cl + 4 Mg → 4 CH₃-Mg-Cl

4 CH₃-Mg-Cl + 2 PbCl₂ → Pb(CH₃)₄ + Pb + 4 MgCl₂

Wegen der Giftigkeit der Blei-Emissionen, die beim Betreiben des Antiklopfmittels unweigerlich auftreten, ist diese Kraftstoffzusatz heute aber nicht mehr aktuell.

Chlormethan kann wie alle Halogenalkane eine Nucleophile Substitution eingehen, beispielsweise kann das Chlor-Atom durch eine Hydroxygruppe ersetzt werden.

Verwendung

Ein Großteil (ca. 70%) des industriell hergestellten Chlormethans wird für die Produktion von Silikonen (Kunstoffen auf Silicium-Basis) eingesetzt. Chlormethan wird außerdem bei der Erzeugung von "agricultural chemicals (8%), methyl cellulose (6%), quaternary amines (5%), butyl rubber (3%), and for miscellaneous uses including tetramethyl lead (2%)" eingesetzt ^[3].

Dichlordimethylsilan
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

Bei der Herstellung von Silikonen wird zunächst das Zwischenprodukt Dichlordimethylsilan aus Chlormethan und elementarem Silicium synthetisiert:

Si + 2 CH₃Cl → H₃C-SiCl₂-CH₃

Pulverförmiges Silicium reagiert mit Chlormethan bei 350 ºC und in Gegenwart von Kupferpulver und CuCl₂ als Katalysator zu Dichlordimethylsilan ^[4].