Reiner Kalk oder Branntkalk ist Calciumoxid. Seine einfache Herstellung und seine chemischen Eigenschaften machen ihn zu einer wichtigen Industriechemikalie.
Kalk hat eine lange Geschichte, die bis in die frühesten Zeiten zurückreicht. Seine Hauptverwendung war als Bestandteil von Mörtel und als Bodendünger.
Kalkherstellung
Seit den frühesten Zeiten wurde Kalk durch Erhitzen von Kalkstein auf hohe Temperaturen hergestellt. Die Produktionsmethoden haben sich vom Erhitzen des Kalksteins in offenen Feuern über den Einsatz von gemauerten Kalköfen zu Beginn des 17. Jahrhunderts bis hin zu den heutigen horizontalen Drehrohröfen mit einem Durchmesser von mehreren Metern und einer Länge von bis zu 100 Metern entwickelt. Diese modernen Öfen arbeiten mit einer Temperatur von etwa 1100-1200°C und ermöglichen eine schnelle Umwandlung von Kalkstein in Kalk.
CaCO3(s) Kalkstein → CaO(s) Kalk + CO2(g) Kohlendioxid
Chemische Eigenschaften von Kalk
Kalk (Kalziumoxid) ist ein weißer Feststoff mit stark basischen Eigenschaften.
Kalk reagiert leicht mit Wasser zu gelöschtem Kalk, der die chemische Verbindung Kalziumhydroxid darstellt. Bei dieser Reaktion wird eine beträchtliche Menge an Wärmeenergie freigesetzt.
Calciumhydroxid ist nur schwer in Wasser löslich und bildet eine alkalische Lösung, die als Kalkwasser bekannt ist. Wenn Kohlendioxidgas durch oder über Kalkwasser geleitet wird, wird es durch die Bildung von Calciumcarbonat milchig.
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CaO(s) |
+ |
H2O(l) |
→ |
Ca(OH)2(s) |
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Ca(OH)2(s) |
+ |
H2O(l) |
→ |
Ca(OH)2(aq) |
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Ca(OH)2(aq) |
+ |
CO2(g) |
→ |
CaCO3(s) |
+ |
H2O(l) |
| Kalk reagiert mit sauren Gasen wie Schwefeldioxid. | ||||||
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CaO(s) |
+ |
SO2(g) |
→ |
CaSO3(s) |
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Kohle- und Gas-befeuerte Kraftwerke erzeugen große Mengen an gasförmigen Produkten, ein Teil davon ist Schwefeldioxid. Kalk und gelöschter Kalk werden beide zur Verringerung dieser Schwefelemissionen verwendet.
Gelöschter Kalk reagiert mit Chlorgas, um das Bleichmittel Calciumhypochlorit zu erzeugen – eine gängige Form von „Schwimmbad“-Chlor.
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2Ca(OH)2(s) |
+ |
2Cl2(g) |
→ |
Ca(ClO)2(s) |
+ |
CaCl2(s) |
+ |
2H2O(l) |
Beim Erhitzen mit Koks, einer Form von Kohlenstoff, verbindet sich Calciumoxid zu Calciumcarbid. Wenn Kalziumkarbid mit Wasser gemischt wird, entsteht ein Gas namens Acetylen. Es ist der Brennstoff für den Acetylen-Sauerstoff-Gasbrenner, der in der Metallindustrie zum Schneiden und Schweißen verwendet wird.
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2CaO(s) |
+ |
5C(s) |
→ |
2CaC2(s) |
+ |
CO2(g) |
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CaC2(s) |
+ |
2H2O(l) |
→ |
Ca(OH)2(s) |
+ |
C2H2(g) |
Kalkmörtel
Mörtel ist eine verarbeitbare Paste, die verwendet wird, um Mauersteine und Blöcke zusammenzubinden. Kalkmörtel wird durch Mischen von Kalk, Sand und Wasser hergestellt. Er ist eine der ältesten Mörtelarten, die bis in die Antike zurückreicht. Heutzutage wird Mörtel durch das Mischen von Zementpulver, Sand und Wasser hergestellt.
Das Abbinden von Kalkmörtel zu einem harten, bindenden Material erfolgt durch die Reaktion mit atmosphärischem Kohlendioxid, wobei Kalziumkarbonatkristalle entstehen, die die Sandkörner fest miteinander verbinden.
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Ca(OH)2(s) |
+ |
CO2(g) |
→ |
CaCO3(s) |
Fresco ist eine Maltechnik, bei der Pigmente auf eine frische Oberfläche aus Kalkmörtel aufgetragen werden.
Diese Technik wurde von den Malern der Renaissance im 15. und 16. Jahrhundert ausgiebig genutzt – einige der dabei entstandenen Werke, wie Michelangelos Gemälde der Decke der Sixtinischen Kapelle, werden jedes Jahr von einem ununterbrochenen Besucherstrom im Vatikan bestaunt.
Kalk – eine interessante physikalische Eigenschaft
Wenn ein marmorgroßes Stück Kalk auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, strahlt es ein sehr helles weißes Licht aus. In den 1820er Jahren nutzte der britische Armeeoffizier Thomas Drummond diese Eigenschaft von Kalk, um ein Licht zu entwickeln, das in Leuchttürmen und auf dem Schlachtfeld eingesetzt werden konnte. Die so genannten Drummond-Lichter ersetzten schließlich die in Musiksälen und Theatern verwendeten Gaslichter. Darsteller und Schauspieler standen nun auf der Bühne „im Rampenlicht“.
Seltene Erdmetalloxide (Cer- und Thoriumoxide) zeigen ebenfalls diese Eigenschaft.