EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Lösungsmittel – Wasserhärte – Wasseraufbereitung KM-5: Modellbildung und Strukturen 45 45 Abb. 045–4: Osmose (links) und Umkehrosmose (rechts) Wasser als Lösungsmittel Das Dipolverhalten macht Wasser zu einem ausgezeichneten Lösungsmittel für polare Moleküle und Salze. Salzlösungen haben einen höheren Siedepunkt als Was- ser, ebenso einen niedrigeren Schmelzpunkt. Die Erniedrigung des Gefrierpunk- tes macht man sich beim Aufbringen von Salzlösungen auf Straßen zu nutze. Da diese Methode aus Umweltschutzgründen problematisch ist – es kommt zu einer Versalzung der Böden um die Straßen – ist sie in vielen Regionen Öster- reichs verboten . Wasserhärte Auch Süßwasser ist nicht frei von gelösten Salzen, die aus dem Boden aufge- nommen werden. Den größten Anteil davon bilden meist Calcium- und Mag- nesiumsalze, die man als Wasserhärte bezeichnet. Sie gelangen hauptsächlich durch Verwitterung von Kalk und Dolomit in das Wasser. Dabei entstehen die löslichen Salze Calcium- und Magnesiumhydrogencarbonat. Aber auch das Auf- lösen von Gips (Calciumsulfat) spielt bei der Wasserhärteentstehung eine wich- tige Rolle. Völlig reinesWasser wäre über längere Zeiträume als Trinkwasser ungeeignet, da der Organismus einen Teil seiner Mineralstoffversorgung über das Trinkwasser bezieht. Reines Wasser würde dem Organismus sogar Mineralstoffe entziehen (Osmose!). So wichtig die Härtebildner für Trinkwasser sind, so unangenehm wirken sie sich bei höherer Konzentration bei der Bereitung von Warmwasser aus. Beim Erhitzen entstehen aus den Hydrogencarbonaten wieder die schwer löslichen Carbonate (Kalk und Dolomit). Das führt zu Kesselsteinbildung. Als Maß für die Wasserhärte werden bei uns üblicherweise deutsche Härtegrade ( °d ) verwendet. Da jedes Mol Härtebildner dieselbe Wirkung hat, gleichgültig ob es Calcium- oder Magnesium-Ionen sind und welche Anionen vorhanden sind, werden alle Härtebildner in eine äquimolare (= gleich viele Mole) Menge Calci- umoxid umgerechnet. (1 °d = 10 mg CaO pro Liter Wasser.) Wasseraufbereitung Für viele Zwecke ist natürliches Wasser ungeeignet. Im chemischen Labor be- nötigt man für Analysen möglichst reines Wasser, dem alle gelösten Salze ent- zogen sind. Dies wurde früher hauptsächlich durch Destillation erreicht ( destil- liertes Wasser ). Diese Methode ist aber zeit- und energieaufwändig und wird daher nur mehr selten angewandt. Heute verwendet man für diesen Zweck Ionenaustauscher. Das so aufbereitete Wasser nennt man Deionat (entionisier- tes Wasser). Ionenaustauscher sind wasserunlösliche Makromoleküle, heute meist Kunststoffe, die geladene Gruppen in der Molekülkette enthalten. Zum Ladungsausgleich ist eine entsprechende Zahl kleiner Gegenionen vorhanden. Das Wasser aus der Wasserleitung fließt durch den Austauscher. Die härtebil- denden Kationen werden durch H 3 O + - Ionen ausgetauscht, die härtebildenden Anionen durch OH – - Ionen. Diese bilden zusammen wieder Wassermoleküle. Im Gegensatz zu destilliertemWasser ist Deionat nicht keimfrei! Im Handel wird unter dem Begriff „Destilliertes Wasser“ meist nur Deionat angeboten! In Österreich muss Trinkwasser zwar manchmal aufbereitet werden, prinzipiell stehen aber genug Reserven für eine ausreichende Wasserversorgung zur Ver- fügung. Dies ist in vielen Ländern nicht der Fall. Daher spielen heute Methoden zur Gewinnung von Trinkwasser aus Meerwasser eine immer wichtigere Rolle. Da der Energieaufwand für die Destillation gewaltig ist, setzt sich ein neues Verfahren der Meerwasserentsalzung, die Umkehrosmose , immer mehr durch. Umkehrosmose Wird Meerwasser in einer geeigneten Apparatur unter einen Druck gesetzt, der den osmotischen Druck übersteigt, so dringt reines Wasser durch die Membran und die Salzkonzentration im zurückbleibenden Wasser erhöht sich. Das Verfah- ren wurde technisch möglich, nachdem Membranmaterialien auf Kunststoffba- sis entwickelt wurden, die Drücke von über 100 bar aushalten. Mit der Umkehr- osmose lassen sich die Salze zu über 99 % entfernen. (Abb. 45–4) Cl – -Ionen Na + -Ionen H + -Ionen OH – -Ionen H 2 O-Moleküle Rohwasser Deionat Kationentauscher Anionentauscher Abb. 045–3: Herstellung von Deionat aus salzhältigem Wasser 0–7 °d 0–1,3 mmol/L weich 7–14 °d 1,3–2,5 mmol/L mittelhart 14–21 °d 2,5–3,8 mmol/L hart > 21 °d > 3,8 mmol/L sehr hart Abb. 045–2: Die Wasserhärtestufen Carbonathärte = temporäre Härte Permanente Härte Gesamthärte Ca(HCO 3 ) 2 Mg(HCO 3 ) 2 CaSO 4 Abb. 045–1: Die Wasserhärte DRUCK Trink- wasser H 2 O Meerwasser H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv