Calciumoxid

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Kristallstruktur
Struktur von Calciumoxid
__ Ca2+     __ O2−
Kristallsystem

kubisch

Raumgruppe

Fm\bar{3}m

Koordinationszahlen

Ca[6], O[6]

Allgemeines
Name Calciumoxid
Andere Namen
  • gebrannter Kalk
  • Branntkalk
  • ungelöschter Kalk
  • Ätzkalk
  • Freikalk
  • Kalkerde
  • Calciumoxyd
  • Kalk
Verhältnisformel CaO
CAS-Nummer 1305-78-8
PubChem 14778
Kurzbeschreibung

weißes, geruchloses Pulver[1]

Eigenschaften
Molare Masse 56,08 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

3,37 g·cm−3 (20 °C)[1]

Schmelzpunkt

2570–2580 °C[1]

Siedepunkt

2850 °C (100 hPa)[1]

Löslichkeit

kaum in Wasser, 1,65 g·l−1 (bei 20 °C), heftige Reaktion[2]

Brechungsindex

1,8396[3]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [4]
05 – Ätzend 07 – Achtung

Gefahr

H- und P-Sätze H: 315​‐​318​‐​335
P: 261​‐​280​‐​305+351+338 [4]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [5][1]
Reizend
Reizend
(Xi)
R- und S-Sätze R: 37/38​‐​41
S: 26​‐​39
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C
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Calciumoxid, auch gebrannter Kalk, Branntkalk, ungelöschter Kalk, Kalkerde oder Ätzkalk, ist ein weißes Pulver, das mit Wasser unter starker Wärmeentwicklung reagiert. Durch die Reaktion mit Wasser wird Calciumhydroxid (gelöschter Kalk, Kalkwasser) gebildet:

\mathrm{CaO + H_2O \longrightarrow Ca(OH)_2}

Gebrannter Kalk wird in Weichbrannt-, Mittelbrannt- und Hartbranntkalk unterschieden.

Herstellung[Bearbeiten]

Hauptartikel: Technischer Kalkkreislauf

Im Industriemaßstab wird Calciumoxid durch Kalkbrennen hergestellt. Ab einer Temperatur von etwa 800 °C wird Kalkstein (Calciumcarbonat) entsäuert, das heißt Kohlendioxid wird ausgetrieben und es entsteht Calciumoxid.

CaCO3-Entsäuerung in der DTA
\mathrm{CaCO_3 \longrightarrow CaO + CO_2}

Man unterscheidet die Branntkalke u. a. nach ihrer Reaktionsgeschwindigkeit des Kalkes mit Wasser (den Löschprozess zu Löschkalk):

< 2 min Reaktionsdauer: Weichbranntkalk
2–6 min Reaktionsdauer: Mittelbranntkalk
> 6 min Reaktionsdauer: Hartbranntkalk

Es existieren allerdings keine präziseren Definitionen.

Die Unterschiede in der Reaktionsgeschwindigkeit sind eine Folge der Kristallitgröße des CaO, Porenvolumen und spezifischer Oberfläche, die durch Brenntemperatur und auch -dauer beeinflusst werden.

Weichgebrannter Kalk entsteht bei Temperaturen von 900–1000 °C, hartgebrannter Kalk bei bis zu 1400 °C, wobei auch die Zeitdauer der Temperatureinwirkung und vor allem die petrographische Ausbildung des Kalksteins eine Rolle spielen.

Calciumoxid erhält man auch durch thermisches Zersetzen von Calciumhydroxid, welches bei 550 °C unter Atmosphärendruck in Calciumoxid und Wasser zerfällt. Das unter diesen Bedingungen entstandene Calciumoxid ist wenig kristallin, also gut reaktionsfähig.

Weiter bildet sich Calciumoxid (neben Calciumnitrid) bei der Verbrennung von Calcium an der Luft. Da elementares Calcium teuer ist, eignet sich diese Reaktion nur im kleinen Maßstab im Rahmen von Laborversuchen.

Gebrannter (ungelöschter) Kalk ist stark ätzend (pH-Wert 12–13), Kontakt mit den Augen kann zur Erblindung führen.

Verwendung[Bearbeiten]

Gebrannter Kalk wird in der Bauindustrie als Beimischung zu Mörtel und Putzen verwendet, und zur industriellen Fertigung von Kalksandsteinen, außerdem ist er ein untergeordneter Bestandteil von Zementklinker. In der Chemie nutzt man die Substanz außerdem als Trocknungsmittel und zur Absorption von Kohlenstoffdioxid. Weitere Einsatzbereiche von Branntkalk sind z. B. Düngekalk, die Produktion von Calciumcarbid sowie seine Nutzung zur Herstellung von Kalkmörtel, Kalkputz und Kalkfarbe und zur Nutzung als Neutralisationsmittel.

Einer der wesentlichen Einsatzbereiche ist die Entschwefelung von Roheisen, bei dem der Schwefel [S] als Begleiter [FeS] vorkommt und auf dem Weg zum Stahl (Konverter) herausgelöst werden muss. Dabei wird Kalk (CaO) entweder in das Roheisen eingeblasen oder mit einem Rührer eingemischt. Der Kalk verbindet sich mit dem Schwefel zu Calciumsulfid [CaS], steigt zur Oberfläche auf und setzt sich dort als Schlacke ab. Diese wird nach dem Entschwefeln mit einer Abkratzmaschine entfernt.

Der gelöschte Kalk wird unter anderem als Alternative zum Kalkstein in der Rauchgasentschwefelung eingesetzt. Die Einsatzmenge ist hierbei ca. 1,8-fach geringer als für Kalkstein. Der dabei aus Branntkalk gewonnene Gips (Calciumsulfat) hat einen Weißgrad von 80 % und kann kommerziell weiterverwendet werden. Durch seine hohe Reaktivität werden geringere Verbrauchsmengen benötigt. Nachteil ist sein deutlich höherer Preis gegenüber Kalkstein.

Durch Reaktion mit Chlor kann aus Calciumhydroxid Chlorkalk hergestellt werden.

Calciumoxid wird Lebensmitteln als Säureregulator zugesetzt. Es dient dabei in erster Linie als sogenannter technischer Hilfsstoff, der im fertigen Lebensmittel nicht mehr vorhanden ist. Es ist in der EU als Lebensmittelzusatzstoff unter der Bezeichnung E 529 ohne Höchstmengenbeschränkung, aber mit der Maßgabe, nur die technisch wirklich benötigte Menge zu verwenden (quantum satis) für Lebensmittel allgemein zugelassen.

Früher wurde Calciumoxid zur Kaustifizierung von Soda und Pottasche eingesetzt, was für die Seifenherstellung von großer Bedeutung war. Man verwendete Calciumoxid auch als Ätzkalkladung für Katapulte und Geschütze.

Ätzkalk kann dank seiner geruchsbindenden Wirkung auch bei offenen Feldtoiletten (Plumpsklo) verwendet werden.

Ungelöschter Kalk wird gelegentlich anstelle des gelöschten Kalks zur Desinfektion von Ställen (das „Kalken“ der Ställe) eingesetzt. Es sollte jedoch nicht mit Stroh oder ähnlichem leichtentzündlichen Material in Kontakt kommen, da die Temperatur von rund 180°, die bei der Reaktion mit Feuchtigkeit entsteht, in seltenen Fällen zur Entzündung ausreichen kann.[6]

Weblinks[Bearbeiten]

  • www.nassloeschkurve.de Informationsportal zur Reaktivität von Calciumoxid mit detaillierten wissenschaftlichen Erläuterungen

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e Eintrag zu Calciumoxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 15. Januar 2013 (JavaScript erforderlich).
  2. Datenblatt Calciumoxid bei Merck, abgerufen am 19. Januar 2011.
  3. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Index of Refraction of Inorganic Crystals, S. 10-245.
  4. a b Datenblatt Calciumoxid bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 15. Januar 2013 (PDF).
  5. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Gemischen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  6. ORF: Ungelöschter Kalk als Brandrisiko