Calciumhydroxid

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Kristallstruktur
Kristallstruktur von Calciumhydroxid
__ Ca2+     __ OH
Allgemeines
Name Calciumhydroxid
Andere Namen
  • Calciumdihydroxid
  • Kalziumhydroxid
  • Portlandit
  • gelöschter Kalk
  • Marmorkalkhydrat
  • Calciumlauge (als wässrige Lösung)
  • Kalkwasser (als wässrige Lösung)
  • Kalkmilch (als wässrige Lösung)
  • E 526
Verhältnisformel Ca(OH)2
CAS-Nummer 1305-62-0
Kurzbeschreibung

farbloser, geruchloser Feststoff[1]

Eigenschaften
Molare Masse 74,10 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

2,24 g·cm−3 (20 °C)[1]

Schmelzpunkt

Zersetzung bei 550 °C[1]

Löslichkeit

schlecht in Wasser (1,7 g·l−1 bei 20 °C)[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
05 – Ätzend 07 – Achtung

Gefahr

H- und P-Sätze H: 315​‐​318​‐​335
P: 280​‐​302+352​‐​304+340​‐​305+351+338​‐​313 [1]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [2][3]
Reizend
Reizend
(Xi)
R- und S-Sätze R: 41
S: 22​‐​24​‐​26​‐​39
Toxikologische Daten

7340 mg·kg−1 (LD50Ratteoral)[1]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
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Calciumhydroxid (auch: gelöschter Kalk, Löschkalk, (Weiß)Kalkhydrat, Hydratkalk) ist das Hydroxid des Calciums.

Vorkommen[Bearbeiten]

Calciumhydroxid kommt in der Natur auch als Mineral Portlandit vor.

Gewinnung und Darstellung[Bearbeiten]

Calciumhydroxid entsteht unter starker Wärmeentwicklung (exotherme Reaktion) beim Versetzen von Calciumoxid mit Wasser.[4] Diesen Vorgang nennt man auch Kalklöschen. Die Wärmeentwicklung ist so stark, dass das Wasser zum Teil auch verdampft (umgangssprachlich als „Rauchen“ bezeichnet).

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

Einen Überblick über die Umwandlungsprozesse zwischen verschiedenen Calciumverbindungen (technischer Kalkkreislauf) gibt folgendes Schaubild:

Technischer Kalkkreislauf mit den drei beteiligten chemischen Stoffen

Weiterhin ist die Darstellung durch Reaktion von wässrigen Calciumsalzlösungen mit Alkalilaugen möglich (zum Beispiel Calciumnitrat mit Kaliumhydroxid).[4]

\mathrm{Ca(NO_3)_2 \cdot 4 H_2O + 2 \ KOH \longrightarrow \ Ca(OH)_2  + 2 \ KNO_3 + 4 \ H_2O}

Calciumhydrid oder Calcium selbst reagiert mit Wasser heftig unter Bildung von Calciumhydroxid und Wasserstoff.[5]

\mathrm{CaH_2 + 2 \ H_2O \longrightarrow \ Ca(OH)_2  + 2 \ H_2}

Eigenschaften[Bearbeiten]

Calciumhydroxid

Calciumhydroxid ist ein farbloses Pulver, welches sich nur wenig in Wasser löst, wobei die Lösung stark basisch reagiert. Die Löslichkeit ist temperaturabhängig und sinkt bei steigender Temperatur: 1860 mg/l bei 0 °C; 1650 mg/l bei 20 °C und 770 mg/l bei 100 °C.[6] Bei 580 °C zersetzt es sich, wobei Calciumoxid und Wasser entstehen.[3] Calciumhydroxid besteht aus hexagonalen Kristallen mit einer Kristallstruktur vom Cadmiumiodid-Typ (a = 3,584, c = 4,896 A).[4]

Calciumhydroxid ist basisch. Der pH-Wert einer gesättigten Lösung liegt bei 11-12,6.[7]

Verwendung[Bearbeiten]

Der Haupteinsatzzweck von Calciumhydroxid ist die Zubereitung von Mörtel im Bauwesen.[3] Es findet dort unter dem Namen Weißkalkhydrat Verwendung (DIN 1060). Kalkputze bestehen aus Mischungen von Calciumhydroxid und Sand. Letzterer kann auch in Form von gemahlenem Kalkstein beigefügt werden.

Calciumhydroxid dient auch als Zwischenprodukt zur Herstellung von Chlorkalk und Natronlauge aus Soda.[3]

Weiterhin wird es als Medikament in der Zahnmedizin verwendet, vor allem zur Desinfektion von Wurzelkanälen und Kavitäten und zur Anregung der Dentin-Neubildung.

Es ist auch Bestandteil des Atemkalks, welche in Narkosegeräten oder Tauchgeräten mit Rückatmung zum Herausfiltern von Kohlenstoffdioxid aus der Ausatemluft verwendet wird.

Eine weitere Verwendung findet Calciumhydroxid als Pflanzenschutzmittel im Obstbau. Hier wird es zum Beispiel als Fungizid (ein Mittel gegen Pilzbefall, etwa Obstbaumkrebs) eingesetzt.

Die ätzende Wirkung, welche auch diverse Krankheitserreger zerstört, ist der Grund, warum früher gelöschter Kalk zum Desinfizieren von Ställen (das „Kalken“ der Ställe) benutzt wurde.

In der Lebensmittelindustrie wird es als Säureregulator Lebensmitteln zugesetzt und ist in der EU als Lebensmittelzusatzstoff der Bezeichnung E 526 ohne Höchstmengenbeschränkung (quantum satis) für Lebensmittel allgemein zugelassen.

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

Kalk wird auch zur Verbesserung der Tragfähigkeit von Baugrund eingesetzt. Ein Boden mit zu hohem Wassergehalt und daraus resultierender geringer Tragfähigkeit, schlechter Verdichtbarkeit kann durch das Untermischen von 2–4 % MA Kalk verbessert werden. Der Kalk bindet einen Teil des Wassers und verbessert so unter anderem die Plastizität, die Verdichtbarkeit und die Tragfähigkeit. Deshalb ist die Bodenverbesserung mit Kalk ein Verfahren zur sofort erreichbaren Verbesserung der Einbaufähigkeit und Erleichterung der Ausführung von Bauarbeiten.

Kalkwasser ist die (nahezu) gesättigte Lösung von Calciumhydroxid und dient als klare Flüssigkeit dem Nachweis von Kohlenstoffdioxid.

Suspensionen in Wasser sind:

Sicherheitshinweise[Bearbeiten]

Gebrannter (ungelöschter) Kalk (Calciumoxid, Branntkalk) und gelöschter Kalk sind reizend, Kontakt mit den Augen kann zu ernsten Augenschäden führen. Ungelöschter Kalk kann unter Wasserzufuhr Brände verursachen.

Historisches[Bearbeiten]

Die exotherme Reaktion des Löschkalks galt von der Antike bis in die Frühe Neuzeit als eines der grössten alltäglichen Rätsel und fand die unterschiedlichsten Erklärungen: Während der Kirchenvater Augustinus von Hippo (354 – 430) in seinem „Gottesstaat“ (21, 4) das Phänomen als eine Art Gottesbeweis ansieht, bemühten sich die Naturphilosophen das Phänomen nach ihren jeweiligen Vorstellungen zu deuten.[8] Als prominente Beispiele sind zu nennen:

Seneca der Jüngere und die Stoa[Bearbeiten]

Entsprechend der stoischen Kosmologie deutete der römische Philosoph Seneca der Jüngere († 65 n. Chr) das Kalklöschen entsprechend der Vier-Elemente-Lehre des Aristoteles. Das Calciumoxyd ist für ihn nach dem Brennen eine Art „feuriger Stein“, welcher die Hitze an das ihn durchdringende Wasser abgibt.[9]

Vitruv und die antike Baustoffkunde[Bearbeiten]

Der antike Baumeister Vitruv formuliert im 2. Buch seiner um 30 vor Chr. verfassten „Zehn Bücher über Architektur“ eine dem Verständnis seiner Zeit entsprechende Baustoffkunde. Dort bemüht er sich im 2. und 5. Abschnitt auch um eine schlüssige Erklärung des Kalklöschens. Hierfür verbindet er die griechische Atomistik eines Demokrit und Epikur mit den geometrischen Materiemodellen eines Pythagoras zu einer gänzlich eigenen Materietheorie: Für Vitruv besteht die Welt sowohl aus „Atomen“ und Vakuum (nach Demokrit/Epikur) als auch aus vier Elementen, die jedoch (nach Pythagoras) geometrische Körper sind. Daher sind für ihn die „Atome“ mit den Pythagoreischen Körpern identisch und bewegen sich im leeren Raum. Beim Kalkbrennen verlassen den, als Gitterstruktur aus Pythagoreischen Körpern gedachten Kalkstein die „Wasser- und Luftatome“, so dass „Löcher“ entstehen. Vitruv erklärt so den Gewichtsverlust beim Brennen. „Feueratome“ dagegen werden eingelagert. Beim Löschen dringen „Wasseratome“ durch die „Löcher“ in den Kalkbrocken ein, und das eingelagerte „Feuer“ entweicht. Da das Material an sich unverändert bleibt, geschieht die Haftung des Sandes im Mörtel allein durch die so entstandenen Poren. Während diese Erklärung für die reine Baupraxis ausreichte, gab die Inkompatibilität der von Vitruv kombinierten Systeme – die Atomistik kennt keine geometrisch unterschiedlichen, bausteinartigen „Atomkörper“ - gerade den sich auf ihn berufenden Architekturtheoretikern der Renaissance, wie Cesare Cesariano und Daniele Barbaro, zusätzliche Rätsel auf.[10]

Scaliger und Cardano[Bearbeiten]

Im 16. Jahrhundert führen zwei der größten Universalgelehrten ihrer Zeit, Julius Caesar Scaliger und Gerolamo Cardano, über mehrere Jahre und Buchpublikationen hinweg, eine Fehde über die exakte Beschaffenheit der Welt. Während Gerolamo Cardano die Materie als unendliches Kontinuum ansah, das lediglich von Ort zu Ort in seiner „Dichte“ variierte, vertrat Scaliger die Ansicht, das „Vakuum“ sei für den Kosmos bestimmend und die Ursache aller Bewegung. In seinem gegen den Widersacher gerichteten Hauptwerk De subtilitate ad Cardanum (1557) legt Scaliger dieses Materieverständinis einleitend (Exercitatio, 5,8-9) an nichts anderem dar, als am „Rätsel des Löschkalks“: Da beim Kalklöschen der Kalkbrocken Wasser in sich aufnimmt, können seine Poren nur „Vakuum“ enthalten, da „Luft“ nicht vor diesem nach oben entweichen könne, da sie sofort an andere „Luft“ stieße und so blockiert würde.[11]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e f g Datenblatt Calciumhydroxid (PDF) bei Merck, abgerufen am 4. April 2012.
  2. Für Stoffe ist seit dem 1. Dezember 2012, für Gemische seit dem 1. Juni 2015 nur noch die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Die EU-Gefahrstoffkennzeichnung ist nur noch auf Altbeständen zu finden und von rein historischem Interesse.
  3. a b c d Eintrag zu CAS-Nr. 1305-62-0 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 20. Mai 2010 (JavaScript erforderlich)
  4. a b c Georg Brauer; Handbuch Der Präparativen Anorganischen Chemie, S. 926; ISBN 3-432-87813-3.
  5. Roland Pfestorf,Heinz Kadner; Chemie: Ein Lehrbuch für Fachhochschulen, S.368; ISBN 978-3817117833.
  6. Taschenbuch Chemische Substanzen, 3. Auflage, Harri Deutsch, Frankfurt a. M., 2007.
  7. Dr-Luthardt.de.
  8. Felix Henke/Laura Thiemann, Vitruv über Stuck und Putz - die relevanten Passagen der ‚decem libri de architectura‘, in: Firmitas et Splendor. Vitruv und die Techniken des Wanddekors, hrsg. von Erwin Emmerling, Andreas Grüner et al., München 2014 (Studien aus dem Lehrstuhl für Restaurierung, Technische Universität München, Fakultät für Architektur) ISBN 978-3-935643-62-7, S. 13-125, dort S. 55.
  9. Thomas Reiser, Das Kalklöschen nach antiken und rinascimentalen Materietheorien. Anmerkungen zu Vitruv 2, 2 und 2, 5. Von Cesariano und Barbaro zur Fehde Scaligers mit Cardano, in: Firmitas et Splendor (2014), S. 299-319, dort S. 303-304.
  10. Henke/Thiemann (2014), S. 57-59; Reiser (2014), S. 306-312.
  11. Reiser (2014), S. 314-317.