Salzwachstum als exotherme (= Wärme freisetzende) Reaktion

Stoff 1: Gips CaSO4 Kalizumsulfat  

Rezept auf der Packung: 1,5 kg Gips auf 1,2 l Wasser.  Wir nehmen 90 g Gips und 0,072 l (= 72 ml) Wasser

Das zugegebene Wasser sollte Zimmertemperatur haben. Es wird bei Stundenbeginn in den Raum gestellt.

Stoff 2: Gebrannter Kalk CaO Kalziumoxid

Wir nehmen 30 g gebrannten Kalk auf 0,05 l (= 50 ml) Wasser

Zwei Versuchsaufbauten: Stativ mit einer Muffe, die ein Thermometer hält. Das Thermometer ragt in ein Becherglas. Es steht dicht über dem Boden, berüht den Boden aber nicht.

Zwei Personen pro Versuchsaufbau: Eine rührt mit einem Rührstab. Die andere liest die Temperatur ab alle 10 Sekunden. Das Ergebnis wird in eine Diagramm eingetragen. Wichtig ist, dass schon die Temperatur vor Versuchsbeginn eingetragen ist.

Der Gips ist harmlos. Der Versuch läuft bei den Schülern. Der gebrannte Kalk ist gefährlich und läuft auf dem Lehrertisch. Da muss eine Schutzrille getragen werden.

Zusatzversuch: Zwei Schüler entnehmen kurz nach Reaktionsbeginn aus den beiden Bechergläsern eine Pipette von milchiger Flüssigkeit in ein Reagenzglas und geben Phenolphtalein dazu.

Abschluss: Wir gießen unseren Gips in eine Form und warten bis zur Folgewoche.

Ergebnis:

Gips und Zement / Mörtel / Beton sind etwas chemisch Verschiedenes. Der physikalische Grund, warum sie nach Wasserzugabe aushärten, ist aber der gleiche. Zwei Unterschiede stellen wir mit den Versuchen fest und können sie auch begründen.

Gips ist in Wasser schwer löslich. 1 Teil CaSO4+2H2O löst sich

bei 0° 18° 24° 32° 38° 41° 53° 72° 86° 99°

in 415 386 378 371 368 370 375 391 417 451 T.

1 Teil CaSO4 löst sich

in 525 488 479 470 466 468 474 495 528 571 T.

Danach ist die Löslichkeit des Gipses am größten bei 38°. 

Leichter als in reinem Wasser löst sich Gips in Wasser bei Gegenwart von Alkalisalzen.


Industriell

Weil Calciumsulfat bei vielen chemischen Prozessen (in der Regel in Form von Gips) als Sekundärprodukt entsteht, beispielsweise bei der Citronensäureherstellung, erübrigt sich eine gezielte industrielle Herstellung im größeren Stil. Der bei der Herstellung von Phosphorsäure entstehende sogenannte Phosphorgips ist u.a. mit Uran verunreinigt und ein Problemabfall. Der klassische Prozess ist die Fällung aus schwefelsaurem Wasser mit Kalkmilch oder Kalkstein:

H_2SO_4 + CaCO_3 ---> CaSO_4 + H_2O + CO_2

Schon Goethe, ein passionierter Naturwissenschaftler und Chemiker, beschrieb diesen Prozess in seinem Roman Die Wahlverwandtschaften:

„Was wir Kalkstein nennen, ist eine mehr oder weniger reine Kalkerde, innig mit einer zarten Säure verbunden, die uns in Luftform bekannt geworden ist. Bringt man ein Stück solchen Steines in verdünnte Schwefelsäure, so ergreift diese den Kalk und erscheint mit ihm als Gips; jene zarte, luftige Säure hingegen entflieht“ - wobei der dichtende Chemiker Kohlendioxid meinte.

Gips entsteht auch bei vielen Abwasserreinigungsverfahren, wenn es um die Neutralisation von sulfathaltigen Prozessabwässern oder schwefelsauren Beizen geht. Ebenso entsteht Gips oft als ein Endprodukt der Rauchgasentschwefelung der Abgase von Kraftwerken. In der Regel – je nach Verunreinigungen – können solche Gipse (entwässerter Filterkuchen) in der Zementindustrie oder zur Weiterverarbeitung zu Calciumsulfat-Modifikationen (Hydraten) verwendet werden.

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Aufgabe: Warum und auf welche Art erhärtet Gips? Verwende dabei die folgenden Wörter: Stuckgips, Kristallwasser, abbinden und verfilzen. 


erstmal, was is kristallwasser?
- das is wasser, das in kristallinen festkörpern gebunden vorkommt
- wenn man diese stoffe erhitzt, geben sie dieses wasser ab
- ein beispiel wäre zb. CaSO4*2 H2O (=Gips)

CaSO4*2H2O spaltet beim erhitzen auf 120-130°C ein teil des kristallwassers ab (den vorgang nennt man "Brennen" von Gips), nun liegt "gebrannter" gips vor (CaSO4*1/2H2O), wenn man diesen noch weiter erhitzt, wird das restliche wasser abgegeben und man erhält CaSO4 ("wasserfreier" gips)
wenn man diesen wasserfreien gips als form von pulver mit wasser zu einem brei anrührt, erhärtet der dieser gebrannte und wasserfreie gips unter hydratation (=Anlagerung von wassermolekülen) zu einer festen masse, die aus feinfaserigen, miteinander verfilzten gipskriställchen besteht, diese masse nennt man auch abgebundenen gips