Das Liebig-Laboratorium Lehramt AC1 neu

5 Kalkkreislauf
Das Münchner Trinkwasser ist „hart“, es ist kalkreich. Der gelöste Kalk soll aus den Kalkalpen stammen (der größte Teil des Münchner
Wassers kommt aus dem Mangfalltal), dabei kann Wasser unmöglich die bei der Analyse der Wasserhärte gefundenen Kalkmengen
durch einfaches Auflösen aufgenommen haben. Wäre Kalk so gut wasserlöslich, wie es die recht hohe Menge in einem harten
Trinkwasser, vor allem aber in manchen Mineralwässern, glauben macht, wäre die Lage von Muscheln mit ihrem äußeren Kalkskelett
desolat. Hinter dem natürlichen Kreislauf des Kalks steckt ganz offensichtlich mehr, und zwar Säure-Base-Chemie.
5.1 Wissenswertes vorab
Calcit und Aragonit, die wichtigsten Calciumcarbonat-Modifikationen: Calciumcarbonat (Kalk) ist als Calcit und Aragonit eines der
häufigsten Minerale der Erdkruste. Calcit kommt als Kalkstein, porös als Kreide, oder, nach Einwirkung von Druck, als Marmor vor. Im ebenfalls
gebirgsbildenden Mineral Dolomit sind die Calcium-Ionen des Calcits zur Hälfte durch Magnesium-Ionen ersetzt. Im menschlichen Organismus
kommt Calcit als Biomineral im Otoconium („Ohrsand“) im Gleichgewichtsorgan vor, die viel größeren Otolithe („Ohrsteine“) von Fischen
bestehen aus Calcit und/oder Aragonit, während im Perlmutt der Muschelschale Calcit und Aragonit miteinander abwechseln. Die größte
biogene Kalkmenge liegt in den Exoskeletten von Kalkalgen vor.
Kalk schmilzt beim Erhitzen nicht, er zersetzt sich: In der Technik findet Calciumcarbonat schon seit vorchristlicher Zeit (ca. 1500 v. Chr.) als
Rohstoff für Mörtel Anwendung im Bauwesen. Grundlage dieser Verwendung ist das „Kalkbrennen“ und „Kalklöschen“, dem das „Abbinden“ und
„Aushärten“ nach der Anwendung folgt. Calcit dient als „Marmor“ seit Jahrtausenden als Baustoff und Werkstoff für unzählige Kunstwerke. Bei
der Erhaltung dieser Bau- und Kunstwerke ist die Reaktivität des Kalks gegenüber Säure das Hauptproblem: saurer Regen greift Marmor stark
an und führt zu dessen „Verwitterung“.
Der größte Teil der Wasserhärte geht beim Erhitzen in Kalkabscheidungen über: Calciumcarbonat fällt beim Erhitzen von hartem
Trinkwasser aus, wobei die lästigen Kalkablagerungen in Wasserkochern, Kaffeemaschinen, etc. entstehen („Carbonathärte“, „temporäre Härte“).
Calcium- und Magnesiumsalze, die beim Erhitzen des Trinkwassers unverändert bleiben, ergänzen die temporäre um die „permanente Härte“.
Die Summe aus temporärer und permanenter Härte ist die Gesamthärte des Wassers. Während die Wasserhärte auf der einen Seite für die
Ernährung bedeutsam ist, führt sie auf der anderen zum Ausfallen von „Kalkseifen“ bei der Textilwäsche. Hier ist die Enthärtung des Wassers
notwendig, die durch Ionenaustausch oder Komplexierung der Calcium- und Magnesium-Ionen gelingt.
5.2 Lernziele und einführende Literatur
Lernziele: Protolyse schwacher Säuren und Basen, Acidimetrie und Alkalimetrie, Kohlensäure, Löslichkeitsprodukt, Chelatkomplexe, Komplexometrie,
Kalk und Kalkkreislauf, Wasserhärte, Gesamthärte und Carbonathärte.
Einführende Literatur: Mor-486K28.9 sowie Allgemeines zu Säuren und Basen im Mortimer.
5.3 Vorversuche
Salze entstehen bei der Reaktion von Säuren mit Basen in oft wässriger Lösung. Dabei kann die Säure und/oder die Base durch ihr Anhydrid
ersetzt sein. Umgekehrt lassen sich Salze oft in Säure- und Baseanhydrid zerlegen. Die Vorversuche sind den Bezügen Säure-Säureanhydrid
und Base-Baseanhydrid gewidmet.
Brennen und Löschen von Kalk
Salze werden thermisch zersetzt, wenn eine der entstehenden Komponenten bei der angewendeten Temperatur flüchtig ist. „Komponenten“ sind
Base- und Säureanhydrid, falls aus diesen eine sinnvolle Summenformel formuliert werden kann. Calciumcarbonat ist ein Beispiel: CaCO 3 = CaO
+ CO 2 .
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