Kalkstein, Branntkalk und Löschkalk in der Chemie
Wenn du einmal dein eigenes Haus bauen willst, dann musst du wissen, was Mörtel ist. Klassischer Kalkmörtel wird schon seit der Antike als Baustoff eingesetzt. Für die Herstellung von Kalkmörtel benötigt man, neben Sand und Wasser, den Löschkalk. Doch was ist Löschkalk? Zunächst beginnen wir mit dem für die Bauindustrie wichtigen Rohstoff Kalkstein (oder einfach Kalk) und lernen dann die drei für das Bauen so wichtigen chemischen Prozesse kennen: das Kalkbrennen, das Kalklöschen und das Abbinden. Diese drei Prozesse bilden einen Kreislauf – den siehst du schon mal in der folgenden Abbildung zusammengefasst dargestellt.
Jetzt wollen wir aber genauer auf die dargestellten Vorgänge eingehen.
Was ist eigentlich Kalkstein? – Definition
In der Natur liegt Kalkstein bzw. Kalk meist als Teil eines Stoffgemischs in der mineralischen Form von Calcit oder Aragonit vor. Gemäß der chemischen Zusammensetzung handelt es sich bei Kalkstein um Calciumcarbonat ($\ce{CaCO3}$). Dieses Calciumcarbonat ist nun der Ausgangsstoff für den ersten Prozess des Kalkbrennens.
Kalkstein liegt in der Natur meist als Sedimentgestein vor, das sich aus den Ablagerungen von Mikroorganismen am Meeresboden bildete.
Herstellung von Branntkalk durch Kalkbrennen
Unter Kalkbrennen versteht man das Erhitzen von Calciumcarbonat, also von Kalkstein. Bei dieser Reaktion entstehen Calciumoxid ($\ce{CaO}$) und Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$), was bereits bei einer Temperatur von 700 bis 800 °C einsetzt, aber in der Technik bei etwa 1 000 °C gefahren wird.
$\ce{CaCO_3 \xrightarrow{1\,000\,^\circ\text{C}} CaO + CO_2}$
Wir haben beim Kalkbrennen aus Calciumcarbonat die Verbindung Calciumoxid hergestellt. Calciumoxid nennt man Branntkalk.
Branntkalk $(\ce{CaO})$ ist ein weißes bis graues Pulver, das auf Schleimhäuten und in den Augen stark ätzend wirkt.
In der Bauindustrie dient Branntkalk zur Herstellung von Mörtel sowie für die Produktion von Kalksandstein, Zementklinkern und Kalkfarbe.
In der Chemie ist Calciumoxid der Ausgangsstoff für die Herstellung von Calciumcarbid ($\ce{CaC}$). Außerdem dient es als Trocknungsmittel für Gase und als Neutralisationsmittel.
Den Branntkalk benötigen wir nun für den zweiten Prozess, die Herstellung von Löschkalk.
Wusstest du schon?
Die beeindruckenden Pyramiden von Gizeh bestehen größtenteils aus Kalkstein. Diese riesigen Bauwerke wurden vor über 4.500 Jahren erbaut und zeigen, wie lange der Mensch schon die Kraft des Kalksteins nutzt.
Herstellung von Löschkalk
Bei der Herstellung von Löschkalk wird Branntkalk, also Calciumoxid, in Wasser eingerührt. Das ist das Kalklöschen. Bei dieser Reaktion wird es sehr heiß. Es entsteht Calciumhydroxid ($\ce{Ca(OH)_2}$), der sogenannte Löschkalk:
$\ce{H_2O + CaO \longrightarrow Ca(OH)_2}$
Schlaue Idee
Wenn du Gartenarbeit machst, kannst du Löschkalk verwenden, um den pH-Wert des Bodens zu erhöhen. Das hilft, die Bodenqualität zu verbessern und gesündere Pflanzen anzubauen.
Löschkalk wirkt wie Branntkalk stark ätzend auf Augen und Schleimhäuten. Es ist in Wasser eher schlecht löslich, reagiert jedoch stark basisch bzw. alkalisch.
Löschkalk findet in der Bauindustrie eine breite Anwendung bei der Herstellung von Mörtel.
Im verarbeiteten Mörtel findet ein besonderer Prozess statt, den wir als Abbinden bezeichnen. Das ist die dritte Stufe unserer Reaktionskette.
Das Abbinden
Beim Abbinden des Mörtels reagiert Calciumhydroxid, der Löschkalk, mit dem Kohlenstoffdioxid in der Luft. Im Ergebnis dieser Reaktion entsteht Calciumcarbonat ($\ce{CaCO_3}$) und das ist genau wieder der Kalkstein, mit dem wir unsere kleine Reaktionskette begonnen haben.
$\ce{Ca(OH)_2 + CO_2 \longrightarrow CaCO_3 + H_2O}$
Kalkstein selbst ist wasserunlöslich. Es entsteht aber auch Wasser, das die frisch gemauerten oder verputzten Wände eine Zeit lang feucht hält. Daher ist es auch verständlich, warum in neu gebauten Häusern nicht sofort tapeziert werden sollte.
Früher – also vor über 100 Jahren – musste man beim Einzug in eine neu gebaute Wohnung anfangs nur eine geringe Miete zahlen, da die Mieterinnen und Mieter als Trockenwohner ihre noch feuchte Wohnung zunächst trocken wohnen mussten.
Die gleiche Reaktion wird übrigens in der Schule als Nachweis von Kohlenstoffdioxid genutzt! Will man z. B. das Kohlenstoffdioxid in der Atemluft nachweisen, dann muss man nur mit einem Strohhalm durch etwas Kalkwasser – das ist eine wässrige Lösung von Calciumhydroxid ($\ce{Ca(OH)_2}$) – pusten. Das Kalkwasser trübt sich, da sich dabei das unlösliche Calciumcarbonat bildet.
$\ce{Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + H2O}$
Fehleralarm
Es ist ein weit verbreiteter Fehler anzunehmen, dass alle Arten von Kalk in der Natur in gleicher Weise vorkommen. Tatsächlich ist nur Kalkstein ein natürliches Mineral, während Brannt- und Löschkalk durch menschliche Prozesse hergestellt werden.
Ausblick – das lernst du nach Kalkstein, Branntkalk und Löschkalk
Vertiefe dein Wissen in der Chemie mit dem Kalkkreislauf. Schau dir an, wie die Herstellung von Löschkalk berechnet werden kann, um mehr über die Anwendungen von Kalk zu erfahren. So wirst du zum Experten oder zur Expertin für mineralische Stoffe!
Zusammenfassung zu Kalkstein, Branntkalk und Löschkalk
-
Kalkstein, Branntkalk und Löschkalk sind drei wichtige Verbindungen, die mit dem Element Calcium ($\ce{Ca}$) gebildet werden.
- Sie spielen eine große Rolle bei drei chemischen Prozessen, die beim Bauen zum Einsatz kommen: das Kalkbrennen, das Kalklöschen und das Abbinden.
- Beim Kalkbrennen wird Kalkstein zu Branntkalk umgewandelt. Es entsteht also Calciumoxid ($\ce{CaO}$) aus Calciumcarbonat ($\ce{CaCO_3}$).
- Beim Kalklöschen wird Branntkalk in Wasser gelöscht. Es entsteht Löschkalk ($\ce{Ca(OH)_2}$). Dieser ist wasserlöslich und kann als Mörtel verwendet werden.
- Beim Abbinden trocknet der Mörtel und Wasser spaltet sich ab. Es entsteht wieder fester, wasserunlöslicher Kalkstein ($\ce{CaCO_3}$).
Du findest hier zum Thema Kalk auch Übungen und Arbeitsblätter.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Kalkstein, Branntkalk und Löschkalk
Was ist Kalkstein?
Kalkstein ist meist ein Sedimentgestein, das sich aus Ablagerungen von Mikroorganismen am Meeresboden bildete. In der Natur liegt Kalkstein in der Regel als Teil eines Stoffgemischs in der mineralischen Form von Calcit oder Aragonit vor. In Reinform handelt es sich bei Kalkstein laut chemischer Zusammensetzung um Calciumcarbonat ($\ce{CaCO3}$).
Welche Farbe hat Kalkstein?
Kalkgesteine sind in der Regel helle, graue bis graugelbe Gesteine. Es gibt jedoch auch ganz unterschiedlich farbige Kalksteine. Diese entstehen durch Beimengungen anderer Mineralien. Reiner Kalkstein (Calciumcarbonat) ist weiß.
Wie entsteht Kalkstein?
Kalkstein ist meist ein Sedimentgestein, das sich in der Natur über viele Jahre hinweg aus Ablagerungen von Mikroorganismen am Meeresboden bildet (bzw. dort, wo früher einmal Meeresboden war).
Wie erkennt man Kalkstein?
Kalkstein ist hell, weiß bis ockerfarben und für ein Gestein relativ weich. Je nach Gehalt an Mangan- oder Eisenoxiden sowie anderen Mineralien können Kalkgesteine auch andere Farben annehmen. Reiner Kalkstein (Calciumcarbonat) ist weiß.
Was ist Branntkalk?
Branntkalk ist Calciumoxid ($\ce{CaO}$). In der Bauindustrie dient Branntkalk zur Herstellung von Mörtel und zur Produktion von Kalksandstein, Zementklinkern und Kalkfarbe.
In der Chemie ist Calciumoxid beispielsweise der Ausgangsstoff für die Herstellung von Calciumcarbid ($\ce{CaC}$).
Wie wird Branntkalk hergestellt?
Beim sogenannten Kalkbrennen wird Calciumcarbonat (Kalkstein) stark erhitzt. Es entsteht Calciumoxid, das auch als Branntkalk bezeichnet wird:
$\ce{CaCO_3 \xrightarrow{1 000\,^\circ\text{C}} CaO + CO_2}$
Was ist Löschkalk?
Löschkalk ist Calciumhydroxid ($\ce{Ca(OH)_2}$). Löschkalk findet in der Bauindustrie eine breite Anwendung vor allem bei der Herstellung von Mörtel.
5 Minuten verstehen
5 Minuten verstehen
5 Minuten üben
2 Minuten Fragen stellen
