Kalk- Das Gespenst in der Wasserleitung

Kalk-

Das Gespenst in der Wasserleitung

Franziska Behrmann

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Gliederung

1. Kalk

2. Was ist Wasserhärte?

3. Wie kommt die "Härte" ins Wasser?

4. Vor- und Nachteile von hartem Wasser 5. Entfernungsmöglichkeiten

6. Schulrelevanz

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Eindampfen verschiedener

Wasserarten

Demonstration 1

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Was ist Kalk?

• Kalk = Calciumcarbonat (CaCO3)

• Modifikationen:

 Calcit

 Aragonit

 Vaterit

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• Naturprodukte: • Veredelte Produkte:

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Was ist Wasserhärte?

• Härte:

Eigenschaft von Wasser bei Anwesenheit von Calciumionen die Waschwirkung von Seife herabzusetzen.

• Härtebildner Ca(HCO3)₂, Mg(HCO₃)₂, CaCl₂, CaSO₄

• Temporäre und permanente Härte = Gesamthärte

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Wasserhärte

• Härteangabe in mmol/L oder °dH:

1 mmol CaO/L = 56 mg CaO/L = 5,6 °dH Härtegrad Härtebereich

0-4°dH sehr weich

4-8°dH weich

8-12°dH mittelhart 12-19°dH ziemlich hart

19-30°dH hart

>30°dH sehr hart

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Bestimmung der Wasserhärte

Versuch 1

9

Versuch 1

1. Bestimmung der Carbonathärte:

• 1 mol H3O⁺ = 1 mol HCO₃^- = 0,5 mol Ca²⁺ = 0,5 mol CaO

• 1 mmol CaO/L = 5,6 °dH

100 mL Wasserprobe:

1 mL 0,01 M HCl = 0,05 mmol CaO/L = 0,28 °dH

 

- +

3(aq) 3 (aq) 2(g) 2

HCO +H O CO +H O

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EDTA (Ethylendiamintetraacetat)

• Komplexbildner:

6-zähniger Ligand

• Chelatkomplexe

H₂C O O

N

CH₂ CH₂

O

O H₂

C

N

H₂ C

CH₂

O

O

O O

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2.Bestimmung der Gesamthärte:

Ca²⁺

OH₂ OH₂ H₂O

H₂O

OH₂

OH₂

N N

CO₂ CO₂ CO₂ CO₂

Ca²⁺

O O N

N

O

O O

O

O

O

6 H₂O

2+ 2-  2- +

2 6 (aq) 2 (aq) (aq) (aq) 2

[Ca(H O) ] +H EDTA [Ca(EDTA)] +2H +6H O

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• Gesamthärte wird als Ca²⁺ bzw. CaO/L berechnet:

• 1 mol EDTA = 1 mol Ca²⁺ = 1 mol CaO

• 1 mmol CaO/L = 5,6 °dH

100 mL Wasserprobe:

1 mL 0,01 M EDTA = 0,1 mmol CaO/L

= 0,56 °dH

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Kalkgleichgewicht

Versuch 2

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Kalkgleichgewicht

  ²

2+ 2- -9

3 3 2

L(CaCO ) = c(Ca ) c(CO ) = 4,7 10 mol L







2+ 2-

3(s) (aq) 3(aq)

2- -

3(aq) 2 2(aq) 3(aq)

2+ -

3(s) 2 2(aq) (aq) 3(aq)

CaCO Ca + CO

CO + H O+ CO 2HCO

CaCO +H O+CO Ca +2HCO

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Bildung von

Tropfsteinen

Demonstration 2

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Kalkkreislauf

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18

Schaumbildung

Versuch 3

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Bildung von Kalkseife

• Regenwasser und destilliertes Wasser frei von Calciumionen

• Mineral- und Leitungswasser enthalten Calciumionen

C O

O _nCH₃

2Na⁺+ 2

+

C_18-20

Ca²⁺ C

O

O CH₃

2

Ca²⁺

n

Kalkseife

+

(aq)

Seifenlösung

(aq)

(s)

(aq)

2Na⁺_(aq)

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Kalkseife

• wasserunlöslich

• nicht waschaktiv

• hinterlässt grauen Belag

• Angriff auf Faserstruktur

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Wirkung von

Weichspüler

Demonstration 3

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Nachteile von hartem Wasser

• Kesselsteinbildung in Warmwasser- und Heizungsanlagen

schlechter Wärmeleiter

hoher Energieverbrauch

Überhitzung von Elektrogeräten

• Querschnittsverengung von Wasserrohren

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Nachteile von hartem Wasser

• gelöste Mineralien kristallisieren beim Trocknen

• Bitterer Geschmack in Trinkwasser &

Beeinflussung der Aromen von Tee und Kaffee

• Kalkflecken

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Vorteile von hartem Wasser

• Calcium eines der häufigsten Elemente im menschlichen Körper

• Calciummangel beim Menschen Rachitis→

• Korrosionsschutzschicht

• Neutralisiert aggressive Kohlensäure

• Pufferwirkung im Boden

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Wasserenthärtungsmöglichkeiten

• Ausfällen

• Auflösen

• Komplexierung

• Ionenaustauscher

• Physikalische Wasserbehandlung

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Lösen von Kalk

Versuch 4

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Kalkentfernung durch Säure

(aq) 3(s) 2 3(aq) 2(aq)

2 3(aq) 2(g) 2

2(aq) 2(g) 3(s) 2

2HCl +CaCO H CO +CaCl H CO CO +H O

Ca(OH) +CO CaCO +H O











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Ionenaustauscher

• Ionenaustauscher = makromolekulares, wasserunlösliches Gerüst mit festen

Ankergruppen und austauschbaren Gegenionen

Kunstharz mit sauren (-SO₃H) oder

basischen (-N(CH₃)₃OH) Ankergruppen

Kationen- oder Anionenaustauscher

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Zeolithe

• "zeo" (ich siede) und "lithos" (der Stein)

• Natriumaluminiumsilikate:

dreidimensionale Netzwerke aus SiO₄- und AlO₄- Tetraedern

• Substitution von Silicium (Si⁴⁺) durch Aluminium (Al³⁺) negative Ladung→

• Anlagerung von Alkalimetall-Ionen

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Zeolithe

• natürliche Zeolithe: Faujasit, Sodalith, Ultramarin

künstliche Zeolithe: Zeolith X, Zeolith Y, Zeolith A

• Verwendung: Molekularsiebe,

Katalysatoren, Ionenaustauscher, Schmuck

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Zeolith A

• Sodalith-Käfige als Baueinheit

• α-Käfig in der Mitte

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Wirkung von

Zeolithen

Versuch 5

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Ionenaustauschende Wirkung

d.h. Zeolithe reagieren alkalisch in Wasser

Verschiebung des Gleichgewichts durch Überschuss an Natriumionen

Regeneration des Ionenaustauschers



Zeolith-Na+H O

Zeolith-H+OH +Na

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Versuch 6

Entkalkung durch

Vollwaschmittel

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Wasserenthärtung durch Ionenaustauscher

Si O Al^-

O O

O O O

O

Al^- O Si O O O

O

2Na⁺

Si O Al^-

O O

O O O

O

Al^- O Si O O O

O

Ca²⁺

+Ca²⁺ +2Na⁺

2+



2 2 2 12 2 (aq)

+

2 2 12 2 (aq)

Na [Al Si O ]×nH O+Ca

Ca[Al Si O ]×nH O+2Na

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Schulrelevanz

• 8.Klasse: Salze

• 9.Klasse:

 Wasser

 Säuren / Laugen

 Kalk

• 12.Klasse:

 Bedeutung und Verwendung von Komplexverbindungen

 Waschmittel

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Fazit:

Kalk ist ein harmloses Gespenst, welches mit einfachen Mitteln

vertrieben werden kann!