Fachwissen Gebäudereinigung

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2 10 10 Chemie der Inhaltsstoffe 2.1 Wasser 2.1.1 Eigenschaften von Wasser Obwohl beinahe drei Viertel der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt sind, lassen sich nur 0,27 % davon für unsere Wasserversorgung nutzen (Bild 1). Wasser ist unser höchstes Gut und für die Reinigung unabdingbar. Es muss als Rohstoff geschützt werden. Aufgaben von Wasser im Reinigungsprozess � Wasser verdünnt die Reinigungschemikalien auf die gewünschte Anwendungskonzentration. � Es befördert als Trägermittel die Reinigungschemi kalien zum Schmutz. � Wasser umspült den Schmutz, lässt ihn quellen bzw. löst ihn an (anorganisches Lösemittel). In warmem Wasser können Schmutzpartikel besser gelöst werden als in kaltem Wasser. � Warmes Wasser transportiert Wärmeenergie zu dem reinigenden Gegenstand. � Bei bestimmten Reinigungsverfahren wie z. B. bei der Hochdruckreinigung unterstützt Wasser den Schmutzablöseprozess durch mechanische Energie. Aufbau des Wassermoleküls Die chemische Formel für Wasser lautet H 2O. Das Molekül besteht aus einem Atom Sauerstoff (O) und zwei Atomen Wasserstoff (H). Diese drei Atome sind über gemeinsame Elektronenpaare miteinander verbunden. Da das Sauerstoffatom die negativ geladenen Elektronen stärker zu sich heranzieht als die beiden Wasserstoffatome, entsteht eine ungleiche Ladungsverteilung im Molekül. Das Sauerstoffatom hat einen Überschuss an negativer Ladung, die beiden Wasserstoffatome sind leicht positiv geladen. Das Wassermolekül ist polar. Es wird als Dipolmolekül bezeichnet. Bild 2 zeigt eine modellhafte Darstellung des Wassermoleküls mit seinen Ladungen. Aggregatzustände Stoffe können in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck als Feststoffe, Flüssigkeiten oder als Gase auftreten. Diese Zustände werden als Aggregatzustände bezeichnet. Feststoffe weisen große Zusammenhangskräfte (Kohäsion) zwischen den einzelnen Teilchen (Atome oder Moleküle) auf. In Flüssigkeiten liegen die Teilchen nicht mehr so eng zusammen wie beim Feststoff. Bei Gasen geht der Zusammenhang zwischen den Teilchen fast verloren (Bild 3). Am Beispiel Wasser lassen sich die Aggregatzustände besonders gut beobachten. Bei Raumtemperatur ist Wasser flüssig. Unterhalb von 0 °C gefriert es zu dem Feststoff Eis. Oberhalb von 100 °C siedet es und wird zu Dampf. Die Übergänge der Aggregatzustände werden wie folgt bezeichnet: � von fest nach flüssig: → schmelzen � von flüssig nach gasförmig: → verdampfen � von fest nach gasförmig: → sublimieren � von gasförmig nach flüssig: → kondensieren � von flüssig nach fest: → erstarren � von gasförmig nach fest: → resublimieren Verdunstung Meer fest Wasserdampf in Wolken gesammelt Flüsse und Seen Oberflächenwasser Grund- und Quellwasser - stoff O + + stoff H stoff H erstarren resublimieren Bild 1: Wasserkreislauf – Niederschlag Bild 2: Modell des Wassermoleküls schmelzen flü kondensieren sublimieren Bild 3: Aggregatzustände verdampfen – + gasförmig
2.1.1 Eigenschaften von Wasser Wasserhärte Im Wasser können die verschiedensten Mineralsalze gelöst sein. Sie liegen dann als positiv oder negativ geladene Ionen vor. Durch die Menge der gelösten Calcium- und Magnesiumionen (Ca 2+ , Mg 2+ ) wird die Härte des Wassers bestimmt. Der Anteil der Mineralsalze im Wasser ist in den einzelnen Gebieten Deutschlands sehr unterschiedlich. Er hängt von der Bodenbeschaffenheit der verschiedenen Gegenden ab. In Gips- und Kalklandschaften kann das Wasser einen erheblichen Härtewert erreichen. Calcium und Magnesium sind für die menschliche Gesundheit (z. B. den Knochenbau) sehr wichtig. Die Wasserhärte ist messbar. Geläufig ist noch die alte Einheit °dH (Grad deutscher Härte). Die internationale Einheit lautet: Millimol Calciumoxid pro Liter Wasser (mmol CaO/ ä H 2O). Folgender Zusammenhang besteht: 1° dH = 10 mg Calciumoxid/ä = 0,179 mmol/ä Härte Bezeichnung mmol/ä ° dH 1 weich bis 1,5 bis 8,4 Chemie der Inhaltsstoffe 2 2 mittel 1,5 bis 2,5 8,4 bis 14 3 hart mehr als 2,5 mehr als 14 Tabelle 1: Wasserhärtebereiche 2.1 Wasser Nach § 9 des Wasch- und Reinigungsmittelgesetzes wird das Wasser in 3 Härtebereiche eingeteilt (Tabelle 1). Der Gebäude reiniger kann die Wasserhärte beim Wasserversorger (Stadtwerke) vor Ort erfragen. Für die Praxis haben sich jedoch auch chemische Schnelltests und Indikatorpapiere bewährt. Wenn hartes Wasser verdampft, bleiben Kalkablagerungen (Kesselstein) zurück. Durch diese festen Calcium- und Magnesiumsalze können Leitungen, Pumpen und Düsen von Dampfreinigungsgeräten und anderen beheizbaren Geräten verstopfen (Bild 1). Die Ca2+ - und Mg2+ Bild 1: Ablagerungen in Wasserrohren -Ionen reagieren mit den negativ geladenen Seifen zu einem wasserunlöslichen Molekül, das als Kalk seife (vgl. Kap. 2.3) bezeichnet wird. Diese Kalkseife hinterlässt auf dem zu reinigenden Werkstoff einen sichtbaren Kalkseifenschleier („Putzstreifen“). In Waschräumen, Schwimmbädern usw. kommt es durch Benutzung von Seife zur Kalkseifenbildung. Daher ist es wichtig, sich vor dem Gebrauch von Wasser über dessen Härte zu informieren. Oberflächenspannung Wasser trägt eine Rasierklinge, die vorsichtig auf die Oberfläche gelegt wird. Ein Wasserläufer kann sich auf der Wasseroberfläche fortbewegen, ohne zu versinken. Ursache ist die Oberflächenspannung von Wasser, die an der Grenzfläche zur Luft entsteht. Die starke Oberflächenspannung tritt auf, weil Wasser ein Dipolmolekül ist. Zwischen den negativ geladenen Sauerstoffatomen im Molekül und den positiv geladenen Wasserstoffatomen der Nachbarmoleküle wirken Anziehungskräfte. Diese Kräfte zwischen gleichen Molekülen werden als Kohäsion bezeichnet (Bild 2). Die Moleküle, die sich an der Grenzfläche befinden, unterliegen nicht von allen Seiten der Kohäsion. Es bildet sich an der Wasseroberfläche eine Spannung, die Grenz- oder Oberflächenspannung. Sie besitzt für die Reinigung erhebliche Nachteile. Beispielsweise verhindert sie die gleichmäßige Benetzung einer Oberfläche, da sich das Wasser immer wieder zusammenzieht und Tropfen bildet. Gelangt Wasser auf eine poröse Oberfläche, verhindert die Grenzflächenspannung, dass es auch in die Poren gelangt. Ein guter Reinigungseffekt ergibt sich nur bei entspanntem Wasser. + – + Dipolmolekül Wasser H 2 O – + + + – + + – – + + – + + + – + + Kohäsion Wassertropfen auf glatter Fläche Bild 2: Kohäsion und Oberflächenspannung von Wasser Wassermoleküle schematisch dargestellt Wassertropfen auf poröser Fläche 2 11 11
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