Tetraethylblei, heute kurz TEL (von engl. Tetra-ethyl lead) genannt, im Deutschland der 1930-er Jahre häufig als Bleitetraäthylen bezeichnet, ist eine giftige Organometallverbindung mit der Summenformel C₈H₂₀Pb. Große Bedeutung erlangte dieser Stoff, da er bis Anfang der 90er Jahre als Anti-Klopfmittel dem Ottokraftstoff beigemischt wurde, um die Oktanzahl zu erhöhen.

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Geschichte

Im Jahr 1854 entdeckte ein deutscher Chemiker die Verbindung. 67 Jahre später – im Jahr 1921 – entdeckte Thomas Midgley, der bei General Motors in der Forschungsabteilung beschäftigt war, die Wirkung von TEL als Antiklopfmittel. Da TEL auch durch die Haut resorbiert und akkumuliert wird, wurden viele Mitglieder des Forschungsteams vergiftet (unter anderem auch Midgley selbst), und Dutzende starben schließlich daran.

1924 gründeten Standard Oil Company of New Jersey und General Motors die Ethyl Gasoline Corporation, um das US-Patent zu kontrollieren und TEL in den USA zu produzieren.^[2]

Die I.G. Farben erwarben 1935 von Standard Oil, mit denen sie beim Synthetischen Benzin zusammenarbeiteten, eine Lizenz zur Herstellung von TEL, um damit hochoktanigeres Flugbenzin herstellen zu können. Nach Gründung der Ethyl GmbH wurden zwei TEL-Anlagen gebaut und mit der Regierung am 10. Juni 1936 ein Flugbenzinvertrag geschlossen.^[3]

In den USA wurde während des Zweiten Weltkriegs nach Entwicklung des Isooktans aus Crackgasen die Verwendung von TEL für Flugbenzin zugunsten von Isooktan eingeschränkt. Mit Isooktan wurde ein wesentlich hochwertigeres Flugbenzin als mit dem in Deutschland weiterhin verwendeten TEL möglich.

In den USA begann die Environmental Protection Agency, kurz EPA, 1972 mit einer Kampagne, um TEL schrittweise aus dem Verkehr zu ziehen. Dies nahm 10 Jahre in Anspruch (1976 bis 1986). 1994 bewies eine Studie, dass die Bleikonzentration im Blut von 1978 bis 1991 um 78 Prozent sank.

Ab Mitte der 80er Jahre wurde bleifreies Benzin nach und nach an immer mehr Tankstellen in Deutschland angeboten, zunächst parallel zu herkömmlichen verbleiten Kraftstoffen. Mit fortschreitender Verbreitung von Katalysatoren, welche bauartbedingt zwingend auf „bleifrei“ angewiesen sind, war es nach einigen Jahren praktisch überall verfügbar.

In der Europäischen Union wurde verbleites Benzin am 1. Januar 2000 endgültig aus dem Verkehr gezogen. In der Tschechischen Republik wird heute noch verbleiter Kraftstoff an den Tankstellen verkauft. Etwa seit dem Jahr 2001 sind auch chinesische Tankstellen „bleifrei“. Für ältere Fahrzeuge, deren Motoren bauartbedingt Tetraethylblei benötigen, sind heute Bleizusätze separat im Handel erhältlich.

Obwohl verbleites Benzin schon seit 20 Jahren aus Nordamerika verbannt wurde, sind noch immer gravierende Auswirkungen auf die Umwelt bemerkbar, die sich auf die hohe Konzentration von Blei zurückführen lassen. Experten raten beispielsweise Eltern in betroffenen Regionen, ihre Kinder deshalb nicht draußen spielen zu lassen.

Gewinnung und Darstellung

TEL wird durch Reaktion von Chlorethan mit einer Natrium-Blei -Legierung (Molzahlenverhältnis Na:Pb = 4:1) hergestellt:

$\mathrm{4 \ CH_3CH_2Cl + 4 \ Na + Pb \longrightarrow Pb(CH_2CH_3)_4 + 4 \ NaCl}$

Chlorethan reagiert mit Natrium und Blei zu TEL und Kochsalz.

Die Verbrennung im Motor

Eine bemerkenswerte Eigenschaft von TEL ist die Schwäche der C-Pb- Bindungen. Bei den hohen Temperaturen, die in Verbrennungsmotoren herrschen, zerfällt Pb(CH₂CH₃)₄ teilweise in Pb(CH₂CH₃)₃ und Ethylradikale. Diese Radikale fangen die bei der thermischen Zersetzung des Ottokraftstoffes im Zylinder entstehenden Kraftstoffradikale ab (Scavenger oder Radikalfänger) und verhindern so eine vorzeitige Explosion des Luft-Brennstoff-Gemisches.

Die übrigen Pb(CH₂CH₃)₄-Moleküle verbrennen gemäß folgender Gleichung:

$\mathrm{Pb(CH_2CH_3)_4 + 13 \ O_2 \longrightarrow 8 \ CO_2 + 10 \ H_2O + Pb}$

TEL und Sauerstoff reagieren zu Kohlendioxid, Wasser und Blei.

$\mathrm{2 \ Pb + O_2 \longrightarrow 2 \ PbO}$

Blei reagiert mit Sauerstoff zu Blei(II)-oxid.

Als Antiklopfmittel wirksam sind Blei und Blei(II)-oxid, doch diese beiden Verbindungen würden sich im Motor ablagern und zu schweren Schäden führen. Um dies zu verhindern, wird dem Benzin 1,2-Dibromethan oder 1,2-Dichlorethan zugesetzt. Dadurch gelangt das Blei zwar aus dem Motor, aber auch direkt in die Umwelt. Zudem sind 1,2-Dibromethan und 1,2-Dichlorethan selbst gefährlich.

Löslichkeit

Da die vier Ethylgruppen tetraedrisch um das Blei-Atom angeordnet sind, fallen der positive (Pb) und die addierten negativen Ladungsschwerpunkte (C₂H₅) zusammen. Da das Molekül zudem ungeladen ist, ist es unpolar und somit lipophil (fettliebend) und hydrophob (wasserabweisend). Daraus resultieren seine gute Löslichkeit in öligen und sehr schlechte Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln, z. B. Wasser.

Verwendung

als Antiklopfmittel (bei Flugzeugen noch im Einsatz)

Sicherheitshinweise

TEL ist giftig (MAK 0,05 ppm) und wirkt auf das Zentralnervensystem. Die Toxizität wird auf Ethyl-Radikale zurückgeführt, die beim Abbau der Verbindung entstehen. TEL ist möglicherweise krebserregend.

Siehe auch

Entwicklung der Ottokraftstoffe

Quellen

↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g BGIA-Gestis-Gefahrstoffdatenbank
↑ Standard Oil Fuels World War II
↑ Rainer Karlsch, Raymond G. Stokes: Faktor Öl. Die Mineralölwirtschaft in Deutschland 1859-1974. Verlag C. H. Beck, München, 2003. S.187

Kategorien: Giftiger Stoff | Umweltgefährlicher Stoff | Metallorganische Verbindung | Bleiverbindung

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Tetraethylblei