Kalk- Das Gespenst in der Wasserleitung

1. Kalk-Das Gespenst in der Wasserleitung Franziska Behrmann

2. Gliederung • Kalk • Was ist Wasserhärte? • Wie kommt die "Härte" ins Wasser? • Vor- und Nachteile von hartem Wasser • Entfernungsmöglichkeiten • Schulrelevanz

3. Demonstration 1 Eindampfen verschiedener Wasserarten

4. Was ist Kalk? • Kalk = Calciumcarbonat (CaCO3) • Modifikationen: • Calcit • Aragonit • Vaterit

5. Naturprodukte: Veredelte Produkte:

6. 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

7. Wasserhärte • Härteangabe in mmol/L oder °dH: 1 mmol CaO/L = 56 mg CaO/L = 5,6 °dH

8. Versuch 1 Bestimmung der Wasserhärte

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

10. O O H C 2 O H 2 H O C 2 N C C C N H H O 2 2 O C H 2 O O EDTA (Ethylendiamintetraacetat) • Komplexbildner: 6-zähniger Ligand • Chelatkomplexe

11. 2.Bestimmung der Gesamthärte:

12. 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

13. Versuch 2 Kalkgleichgewicht

14. Kalkgleichgewicht

15. Demonstration 2 Bildung von Tropfsteinen

16. Kalkkreislauf

18. Versuch 3 Schaumbildung

19. Bildung von Kalkseife • Regenwasser und destilliertes Wasser frei von Calciumionen • Mineral- und Leitungswasser enthalten Calciumionen

20. Kalkseife • wasserunlöslich • nicht waschaktiv • hinterlässt grauen Belag • Angriff auf Faserstruktur

21. Demonstration 3 Wirkung von Weichspüler

22. Nachteile von hartem Wasser • Kesselsteinbildung in Warmwasser- und Heizungsanlagen • schlechter Wärmeleiter • hoher Energieverbrauch • Überhitzung von Elektrogeräten • Querschnittsverengung von Wasserrohren

23. Nachteile von hartem Wasser • gelöste Mineralien kristallisieren beim Trocknen • Bitterer Geschmack in Trinkwasser & Beeinflussung der Aromen von Tee und Kaffee • Kalkflecken

24. Vorteile von hartem Wasser • Calcium eines der häufigsten Elemente im menschlichen Körper • Calciummangel beim Menschen → Rachitis • Korrosionsschutzschicht • Neutralisiert aggressive Kohlensäure • Pufferwirkung im Boden

25. Wasserenthärtungsmöglichkeiten • Ausfällen • Auflösen • Komplexierung • Ionenaustauscher • Physikalische Wasserbehandlung

26. Versuch 4 Lösen von Kalk

27. Kalkentfernung durch Säure

28. Ionenaustauscher • Ionenaustauscher = makromolekulares, wasserunlösliches Gerüst mit festen Ankergruppen und austauschbaren Gegenionen • Kunstharz mit sauren (-SO3H) oder basischen (-N(CH3)3OH) Ankergruppen • Kationen- oder Anionenaustauscher

29. 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

30. Zeolithe • natürliche Zeolithe: Faujasit, Sodalith, Ultramarin künstliche Zeolithe: Zeolith X, Zeolith Y, Zeolith A • Verwendung: Molekularsiebe, Katalysatoren, Ionenaustauscher, Schmuck

31. Sodalith-Käfige als Baueinheit α-Käfig in der Mitte Zeolith A (Na12[Al12Si12O48]·27H2O)

32. Versuch 5 Wirkung von Zeolithen

33. Ionenaustauschende Wirkung d.h. Zeolithe reagieren alkalisch in Wasser Verschiebung des Gleichgewichts durch Überschuss an Natriumionen • Regeneration des Ionenaustauschers

34. Versuch 6 Entkalkung durch Vollwaschmittel

35. Wasserenthärtung durch Ionenaustauscher

36. Schulrelevanz • 8.Klasse: Salze • 9.Klasse: • Wasser • Säuren / Laugen • Kalk • 12.Klasse: • Bedeutung und Verwendung von Komplexverbindungen • Waschmittel

37. Fazit: Kalk ist ein harmloses Gespenst, welches mit einfachen Mitteln vertrieben werden kann!