Kalk

K A L K

Kalk ist Calciumcarbonat (Kalkspat, CaCO3). Um Kalk als Bindemittel zu verwenden, wird das in Steinbr√ľchen abgebaute Kalkstein bei 1000¬įC gebrannt - "Kalkbrennen" - wobei sich Kohlendioxid abspaltet.

Das entstandene Calciumoxid (CaO) heißt in der Technik "gebrannter Kalk" = "Branntkalk".

Reaktionen beim Herstellen und Abbinden von Löschkalk:

CaCo3 à CaO + CO2
CaO + H2O à Ca(OH)2
Ca(OH)2 + CO2 à CaCO3 + H2O

Es wird mit einer gewissen Menge Wasser versetzt, wobei es exotherm in einer Protolysereaktion zu Calciumhydroxid (Ca(OH)2) reagiert.

Den Vorgang bezeichnet man als "Kalkl√∂schen", das Calciumhydroxid als "gel√∂schten Kalk". Dieser "L√∂schkalk" wird als Bindemittel f√ľr M√∂rtel zum Mauern und Verputzen eingesetzt. Dabei wird er mit Sand und Wasser gemischt. Kalkm√∂rtel erh√§rtet unter Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft, wobei wieder das harte, schwer wasserl√∂sliche Calciumcarbonat entsteht.

Nach dem Verarbeiten tritt scheinbar eine Erhärtung ein. Diese ist aber nur durch den Wasservelust bedingt. Kalkmörtel und Verputz sind sehr lange bearbeitbar. Der Erhärtungvorgang dauert Wochen, bei Mauern dicker Wände Monate bis Jahre. Da zum Erhärten Luft (d.h. CO2) nötig ist, nennt man Kalkmörtel auch Luftmörtel. Unter Wasser erhärtet Baukalk nicht. Beim Erhärten wird Wasser frei. Daher sind frisch verputzte Wände noch monatelang feucht.

Der Erh√§rtungsvorgang verl√§uft unter Volumsverringerung. Um dieses Schwinden zu verringern, muss Sand zugesetzt werden - Kalk kann also nicht ohne Sandzusatz verarbeitet werden. Bei dickeren Veputzschichten treten trotzdem Schwindungsrisse auf. Daher verputzt man zweilagig, wobei erst die d√ľnne Feinputzschicht die glatte, ri√üfreie Oberfl√§che ergibt.

Kalk ist aber nicht nur als Bindemittel von Bedeutung. Gro√üe Mengen Kalk ben√∂tigt man f√ľr die Glasherstellung, die Sodaherstellung (Solvay - Verfahren) und f√ľr die Herstellung von Zement.

Ein weiteres wichtiges Produkt, das ausgehend von Kalk, hergestellt wird, ist Calciumcarbid CaC2. Dabei wird gebrannter Kalk mit Koks im elektrischen Lichtbogenoffen bei √ľber 2000¬įC zur Reaktion gebracht. Das Calciumcarbid wird anschlie√üend mit Wasser umgesetzt. Dabei entsteht Acetylen (Ethin: C2H2), das technisch wichtigste Schwei√ügas.

Calciumcarbid - Reaktionen

CaO + 3C à CaC2 + CO
CaC2 + 2H2O à Ca(OH)2 + C2H2

Verwendung von Kalk:

    Glas Soda Zement Baukalk Calciumcarbid √† Acetylen F√ľllstoff (z.B. Papier) Zuschlagstoff (Stahlerzeugung)

KALK bei der Bodenentstehung

Der erste Schritt zur Entstehung der B√∂den ist die Gesteinsverwitterung. Kalk - und Dolomitgestein verwittern durch den Einflu√ü des Kohlendioxids aus der Atmosph√§re und des Wassers. Dabei wandeln sich die Carbonate in l√∂sliche Hydrogencarbonate um. Diese Verwitterung verl√§uft ziemlich rasch und f√ľhrt daher zu den typischen schroffen Verwitterungsformen, wie sie aus den Kalkalpen und den Karstgebieten bekannt sind (tief eingeschnitte T√§ler, H√∂hlen und Dolinen). Wasser rinnt in Kalkgebirgen vorwiegend im Inneren der Berge durch Spalten und H√∂hlen ab. Da das Verwitterungsprodukt Hydrogencarbonat vom Wasser als Wasserh√§rte abtransportiert wird, bleibt das als anorganischer Bodenbestandteil nur Carbonatgestein zur√ľck. Dabei entstehen d√ľnne Bodenschichten, die sich nur bei einer geschlossenen Pflanzendecke halten k√∂nnen. Liegt der Boden ohne Pflanzendecke offen, so wird er rasch weggeschwemmt. Eine Neubildung braucht sehr lange. Daher sind die Karstgebiete nur wenig fruchtbar. Anders verh√§lt sich die Verwitterung der Silikate. Die geringe L√∂slichkeit bewirkt eine viel langsamere Verwitterung.

Kalkgestein silicatische Gesteine

schnelle Verwitterung langsame Verwitterung

schroffe Formen runde Formen

d√ľnne Bodenschicht dicke Bodenschicht
2H(AlSi3O8) + H2O + CO2 ¬ļ K2CO3 + 2H(AlSi3O8)
Kalk - Wasserenthärtung

Enth√§rtetes Wasser wird nicht nur im Haushalt, sondern in gro√üen Mengen auch in der Technik ben√∂tigt. Dabei wird das Wasser meist durch Zusatz von Salzen enth√§rtet, die die H√§rtebildner in unl√∂sliche Verbindungen √ľberf√ľhren. Dazu dienen Soda oder Calciumhydroxid. Die H√§rtebildner scheiden sich als Carbonate aus, die in L√∂sung verbleibenden Salze sind keine H√§rtebildner.

Wasserenthärtung durch Ausfällen der Härtebildner

Ca(HCO3)2 + Na2CO3 √† CaCO3 ↓ + 2NaHCO3
CaSO4 + Na2CO3 √† CaCo3 ↓ + Na2SO4
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 √† 2CaCO3 ↓ + 2H2O

Auch Waschmittel enthalten Wasserenth√§rter. Fr√ľher verwendete man dazu Polyphosphate, wie z.B. Natriumphosphat (NTP). Diese reagieren mit dem Calcium - und Magnesium - Ionen des Wassers zu wasserl√∂slichen Verbindungen (Komplexe). Diese Komplexe sind so feste Verbindungen, dass die Kesselsteinbildung und Kalkseifenbildung unterbunden wird, da die Ca2+- und Mg2+- Ionen nun nicht mehr frei sind. Heute sind diese Phosphate stark eingeschr√§nkt, da sie Gew√§sserbelastungen herbeif√ľhren.

Als Wasserenthärter in den heutigen Waschmitteln dient SASIL (Sodium - Aluminium - Silicate = Natrium). Dieses wirkt als Ionenaustauscher und ersetzt die Härtebildner durch Natriumionen.

KALK - Wasserhärte

Auch S√ľ√üwasser ist nicht frei von gel√∂sten Salzen, die aus dem Boden aufgenommen werden. Den gr√∂√üten Anteil davon bilden meist Calcium - und Magnesiumsalze, die man als Wasserh√§rte bezeichnet. Sie gelangen durch Verwitterung von Kalk und Dolomit in das Wasser. Dabei entstehen die l√∂slichen Salze Calcium - und Magnesiumhydrogencarbonat. Auch Calciumsulfat aus dem Gipsgehalt im Boden findet sich im Wasser gel√∂st.

Diese H√§rtebildner des Wassers haben eine wichtige Bedeutung. V√∂llig reines Wasser w√§re √ľber l√§ngere Zeitr√§ume als Trinkwasser ungeeignet, da der Organismus einen Teil seiner Mineralstoffversorgung √ľber das Trinkwasser bezieht. Reines Wasser w√ľrde dem Organismus sogar Mineralstoffe entziehen.

So wichtig die H√§rtebildner f√ľr Trinkwasser sind, so unangenehm wirken sie sich bei h√∂herer Konzentration bei der Bereitung von Warmwasser aus. Beim Erhitzen kehrt sich die Reaktion der Carbonverwitterung um, und es entstehen aus den Hydrogencarbonaten wieder die wasserl√∂slichen Carbonate, da CO2 aus dem hei√üen Wasser entweicht und so dem Gleichgewicht der Reaktion entzogen wird.

Ca(HCO3)2 à CaCO3 + H2O + CO2
Ca(HCO3)2 + Mg(HCO3)2 à CaCO3.MgCO3 + 2H2O + 2CO2

Dieser Vorgang hei√üt Kesselsteinbildung, da sich Kessel zur Hei√üwasserbereitung so mit einer Schicht Kalk √ľberziehen. Durch den Kesselstein werden Heizst√§be in Warmwasserboilern und Waschmaschinen zerst√∂rt, Wasserleitungsrohre in ihrem Querschnitt verengt und Armaturen angegriffen. Daher ist es notwendig, bei hoher Wasserh√§rte Enth√§rtungsanlagen zu installieren. Auch in der Technik schafft die Kesselsteinbildung Probleme. Daher muss Wasser f√ľr Dampfkessel und Kraftwerke enth√§rtet werden.

Ein weiterer Nachteil von hartem Wasser ist seine Reaktion mit Seife. Seife besteht aus Natriumsalzen von Fetts√§uren. Diese sind wasserl√∂slich. Im harten Wasser entstehen daraus die unl√∂slichen Calcium - und Magnesiumsalze der Fetts√§uren, die Kalkseife. Hartes Wasser verringert die Waschwirkung von Seifen. Die unl√∂slichen Kalkseifen f√ľhren beim Waschen mit Seifenflocken zu einer zus√§tzlichen Anschmutzung der W√§sche. Daher enthalten Waschmittel immer Wasserenth√§rter. Auch der schmierige Belag, der in Badewannen und Waschbecken entsteht, ist Kalkseife.

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