Elemente und Moleküle, Schulbuch

99 5.5 BaUSTOFFe Kalk Gesteinskalk • Baukalk • Calciumcarbid Kalk ist Calciumcarbonat. Um Kalk als Bindemittel zu verwenden, wird das in Stein- brüchen abgebaute Kalkgestein bei 1000 °C gebrannt – „ Kalkbrennen “ –, wobei sich Kohlenstoffdioxid abspaltet. Das entstandene Calciumoxid heißt in der Technik „gebrannter Kalk“ = „ Branntkalk “. Es wird mit stöchiometrischen Mengen Wasser versetzt, wobei es exotherm in einer Protolysereaktion zu Calciumhydroxid reagiert. Den Vorgang bezeichnet man als „Kalklöschen“, das Calciumhydroxid als „gelöschten Kalk“. Dieser „ Löschkalk “ wird als Bindemittel für Mörtel zum Mauern und Verput- zen eingesetzt. Dabei wird er mit Sand und Wasser gemischt. Kalkmörtel erhärtet unter Aufnahme von Kohlenstoffdioxid aus der Luft, wobei wieder das harte, schwer wasserlösliche Calciumcarbonat entsteht. Nach dem Verarbeiten tritt scheinbar eine Erhärtung ein. Diese ist aber nur durch den Wasserverlust bedingt. Kalkmörtel und Verputz sind sehr lange bearbeitbar. Der Erhärtungsvorgang dauert Wochen, beim Mauern dicker Wände Monate bis Jahre. Da zum Erhärten Luft (dh. CO 2 ) nötig ist, nennt man Kalkmörtel auch Luftmör- tel. Unter Wasser erhärtet Baukalk nicht. Beim Erhärten wird Wasser frei. Daher sind frisch verputzte Wände noch monatelang feucht. Der Erhärtungsvorgang verläuft unter Volumsverringerung. Um dieses Schwinden zu verringern, muss Sand zugesetzt werden – Kalk kann also nicht ohne Sandzusatz verarbeitet werden. Bei dickeren Verputzschichten treten trotzdem Schwindungs- risse auf. Daher verputzt man zweilagig, wobei erst die dünne Feinputzschicht die glatte, rissfreie Oberfläche ergibt. Kalk ist aber nicht nur als Bindemittel von Bedeutung. Große Mengen Kalk benötigt man für die Glasherstellung, die Sodaherstellung (Solvay-Verfahren) und für die Herstellung von Zement (Abb. 99.4). Ein weiteres wichtiges Produkt, das ausgehend von Kalk hergestellt wird, ist Calci- umcarbid CaC 2 . Dabei wird gebrannter Kalk mit Koks im elektrischen Lichtbogenofen bei über 2000 °C zur Reaktion gebracht. Das Calciumcarbid wird anschließend mit Wasser umgesetzt. Dabei entsteht Acetylen (Ethin: C 2 H 2 ), das technisch wichtigste Schweißgas. Calciumcarbid wird heute vorwiegend in der Stahlindustrie verwendet (Abb. 99.3). Gips Gips ist ein recht häufig vorkommendes Mineral. Er besteht aus Calciumsulfat mit zwei Kristallwassern CaSO 4 • 2H 2 O . Obwohl Gips heute verstärkt als Baustoff für den Innenausbau verwendet wird, nimmt die Bedeutung des Gipsbergbaus ab. Gips ist Nebenprodukt bei vielen industriellen Prozessen (Phosphorsäuregewinnung, Dün- gemittelherstellung, Rauchgasreinigung). Dabei entsteht mehr Gips, als man ver - werten kann, sodass Gips zunehmend zum Deponieprodukt wird. Zur Herstellung von Baugips wird Gips bei 120–160 °C gebrannt. Dabei verliert er den Großteil seines Kristallwassers. Hohe Brenntemperatur führt zum völligen Kris- tallwasserverlust. Dieser „totgebrannte Gips“ erhärtet nicht mehr. Der gebrannte Gips erhärtet unter Wasseraufnahme, wobei das Gipspulver schon nach wenigen Minuten zu fest verwachsenen Gipskristallen kristallisiert (Abb. 99.5). Die Reaktion ist schwach exotherm und das Volumen nimmt beim Erhärtungsvor - gang etwa um 1 % zu. Dadurch füllt Gips Löcher in Wänden gut aus, was ihn zum idealen Material für Ausbesserungsarbeiten macht. Auch Gipsabdrücke geben die Form exakt wieder. Da Gips in geringem Umfang doch wasserlöslich ist, ist er für Außenverputze unge- eignet. Zunehmend wird Gips aber für den Innenausbau eingesetzt, entweder als Gipsputz oder in Form der Gipskartonplatten. Beide Systeme vermeiden die lange Austrocknungszeit von Kalkputz. Auch für den Bau von Zwischenwänden werden Gipsbausteine verwendet. CaCO 3 → CaO + CO 2 Kalkbrennen CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 Kalklöschen Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O Verfestigen von Baukalk Abb. 99.1: Reaktionen beim Herstellen und Abbinden von Löschkalk Abb. 99.2: Herstellung von Kalkmörtel Abb. 99.3: Reaktionen des Calciumcarbids Abb. 99.5: Gipsbrennen und Abbinden von Gips Abb. 99.4: Verwendung von Kalk Sand H 2 O KALK KALK KALK KALK Mörtel Ziegel CaO + 3C → CaC 2 + CO CaC 2 + 2 H 2 O → Ca(OH) 2 + C 2 H 2 Glas Soda Zement Baukalk Calciumcarbid → Acetylen Füllstoff (zB Papier) Zuschlagstoff (Stahlerzeugung) K A L K CaSO 4 • 2 H 2 O CaSO 4 • 0,5 H 2 O 1,5 H 2 O Brennen Abbinden 1,5 H 2 O Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv