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Chemikalien

Chemikalien sind alle durch chemische Verfahren im Labor oder industriell hergestellten chemischen Verbindungen; das können Reinstoffe oder auch Stoffgemische sein. Zwar gibt es abweichende Definitionen, die mit dem Begriff "Chemikalien" generell alle chemischen Elemente und ihre Verbindungen bezeichnen. Hier sollen unter Chemikalien jedoch nur Stoffe verstanden werden, die auch an chemischen Reaktionen beteiligt sind.

Bei Chemikalien wird unterschieden in organische und anorganische Chemikalien. Die organische Chemie (Organik) umfasst praktisch alle kohlenstoffhaltigen Verbindungen, während die anorganische Chemie (Anorganik) sich auf die anderen Elemente des Periodensystems und deren Verbindungen bezieht. Die Petrochemie ist ein Teilbereich der organischen Chemie. Petrochemikalien sind chemische Produkte, die aus Rohöl oder Erdgas hergestellt werden. Sie werden in der Raffinerie bei der Destillation und beim Cracking von Rohöl und Erdgas extrahiert. 

Zu organischen Chemikalien gehören z.B. Aromaten, Alkohole (z.B. Ethanol), Azetate, Alkene, Amine, Nitrile, Sulfate, Phosphate und Ester. Zu den primären Petrochemikalien, die beim o.a. Prozess entstehen, gehören Benzol, Ethylen, Propylen und Toluol. Zu den anorganischen Chemikalien zählen Säuren und Basen, z.B. Schwefelsäure und Ammoniak.

Chemische Stoffe werden meist in diversen Reinheitsklassen angeboten. Dabei bezeichnet die Reinheit eines Stoffes das Verhältnis eines erwünschten Stoffes zum gesamten Stoffgemisch. Folgende Reinheitsklassen werden unterschieden (mit zunehmendem Reinheitsgrad), wobei die genaue Spezifikation abhängig vom Hersteller und Stoff ist:

  • Technisch
  • Zur Synthese
  • Rein
  • Reinst
  • Zur Analyse

Der Reinheitsgrad spielt eine entscheidende Rolle beim Handel mit Chemikalien. Dabei wird unterschieden in technische Chemikalien (niedriger Reinheitsgrad) und Feinchemikalien (hoher Reinheitsgrad). Bei den technischen Chemikalien ist auch die Bezeichnung Schwerchemikalien für anorganische und organische Grundchemikalien verbreitet, die in großen Mengen hergestellt werden und von sog. technischem Reinheitsgrad sind (z.B. Natronlauge, Schwefelsäure oder Ethylen). Diesen Schwerchemikalien (auch Basis- oder Grundchemikalien genannt) stehen die in geringeren Mengen hergestellten Feinchemikalien mit hohem Reinheitsgrad gegenüber. Verwendung finden diese Chemikalien u.a. bei chemischen Synthesen in Laboratorien, als Lebensmittelzusätze oder als Rohstoffe bei der Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen.

Der physikalische Zustand eines Stoffes wird als Aggregatzustand bezeichnet. Welcher Aggregatzustand bei einer Chemikalie vorliegt, hängt von den Eigenheiten des Stoffes, der Temperatur und dem Umgebungsdruck ab. Die Chemie definiert drei klassische Aggregatzustände – fest, flüssig und gasförmig:

  • Fest: ein Stoff behält meist sowohl Form als auch Volumen bei; die Stoffdichte ist hier am höchsten; Beispiele: Polystyrol, Molybdän
  • Flüssig: das Volumen wird beibehalten, aber die Form ist variabel und passt sich dem umgebenden Raum an; der feste Stoff unterscheidet sich von der flüssigen Form durch eine höhere Stoffdichte von 5% bis 10%; Beispiele: Methanol, Schwefelsäure
  • Gasförmig: sowohl Volumen- als auch Formunbeständigkeit sind gegeben; die Stoffdichte ist fast 1000 Mal kleiner als beim festen Zustand; Beispiele: 1,2-Butadien, Ethylen

Entsprechend ihres Aggregatzustandes der Chemikalien werden unter anderem auch unterschiedliche Anforderungen z.B. an die Lagerung gestellt.

Zudem reagieren Chemikalien unterschiedlich miteinander, wenn sie in Kontakt kommen. Der Grad, zu dem unterschiedliche Chemikalien gemischt werden können, ohne Korrosion, Zersetzung oder negative Veränderungen der chemischen Eigenschaften zu verursachen, wird chemische Kompatibilität genannt. Wenn Stoffe sich ohne eine chemische Reaktion miteinander mischen lassen, sind sie kompatibel. Tritt beim Mischen eine chemische Reaktion ein oder ist ein Zusammenmischen überhaupt nicht möglich, gelten sie als inkompatibel. Von daher sind zur Vermeidung von Gefahren durch chemische Reaktionen beim Lagern von und im Umgang mit Chemikalien höchste Sorgfalt und Vorsicht geboten. Die wichtigste Regel ist dabei, inkompatible Stoffe, die bei einer versehentlichen Vermischung zu Bränden, Explosionen oder zur Bildung von toxischen Gasen führen können, strikt zu trennen. Somit sind inkompatible Chemikalien in verschiedenen Tankfeldern zu lagern und die Tanks müssen eindeutig mit dem darin gelagerten Produkt gekennzeichnet sein. Eine erste grobe Einschätzung der Kompatibilität bietet die Einteilung in folgende Gruppen:

  • Brennbare Flüssigkeiten
  • Druckgas
  • Flüchtige Gefahrstoffe
  • Säuren
  • Flüssige Basen
  • Flüssige Oxidationsmittel
  • Nicht flüssige Gefahrstoffe

Um eine eindeutige chemische Kompatibilität zu gewährleisten, kann auf Tanklägern z.B. die Kompatibilitätstabelle der US-Küstenwache genutzt werden. Darin sind insgesamt 43 Stoffgruppen aufgeführt, die wiederum in reaktive Stoffgruppen und Frachtgruppen unterteilt werden. Wenn ein neues Produkt in einem bestimmten Tank gelagert werden soll, lässt sich der Tabelle entnehmen, ob dieses mit den bereits im gleichen Tankfeld gelagerten Produkten kompatibel ist. 

Diese Aspekte spielen auch in der REACH-Verordnung (Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 über die Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung von Chemikalien) eine wesentliche Rolle. So ist mit der Registrierung u.a. ein Stoffsicherheitsbericht vorzulegen, der die Wirkung des Stoffes auf Mensch und Umwelt beschreibt und eine hierauf basierende Beurteilung des Risikos beim Umgang mit dem Stoff enthält. Im Falle von sog. gefährlichen Stoffen müssen die Stoffeigenschaften sowie ggf. die Risikomanagementmaßnahmen in einem Sicherheitsdatenblatt zusammengestellt und innerhalb der gesamten Lieferkette weitergegeben werden.

Zur Beurteilung, ob ein Stoff als gefährlich einzustufen ist, verweist REACH explizit auf die Kriterien der sog. CLP-Verordnung (Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen). Die CLP-Verordnung ist seit dem 20. Januar 2009 in Kraft und setzt das global harmonisierte System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien (GHS, Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals) der Vereinten Nationen in europäisches Recht um. Das GHS ist ein weltweit einheitliches System zur Einstufung von Chemikalien sowie deren Kennzeichnung auf Verpackungen und in Sicherheitsdatenblättern. 

Stand: Dezember 2015
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