EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-5: Modellbildung und Strukturen 53 53 Soda – Kalk Abb. 053–1: Schema des Solvay-Verfahrens Abb. 053–2: Die Verwitterung unterschied- licher Gesteine Soda – Natriumcarbonat – Na 2 CO 3 Soda kommt in der Natur in Afrika, Nord- und Südamerika und Asien in den „Natronseen“ vor. Bis zu Beginn des 19. Jahrhunderts wurde Soda hauptsächlich aus diesen und aus der Asche NaCl-reicher Meerespflanzen gewonnen. Soda war sehr teuer, was sich auch auf den Preis ihrer Folgeprodukte Glas und Seife auswirkte. Erst mit der Entwicklung brauchbarer Syntheseverfahren für Soda wurden diese Produkte der Allgemeinheit zugänglich (Hygiene). Solvay-Verfahren Der größte Teil der weltweiten Sodaproduktion erfolgt nach dem Solvay-Verfah- ren. Der Rohstoff zur Sodaerzeugung ist Natriumchlorid. In eine fast gesättigte Natriumchloridlösung wird Ammoniak und anschließend Kohlenstoffdioxid (ge- wonnen aus Kalk durch starkes Erhitzen = brennen) eingeleitet. Dabei bilden sich Ammonium-Ionen sowie Hydrogencarbonat-Ionen. Durch die hohe Konzen- tration der Ionen kristallisiert das nur mäßig lösliche Natriumhydrogencarbonat aus. Alle anderen Ionenkombinationen sind gut lösliche Salze. Natriumhydro- gencarbonat wird abfiltriert und erhitzt, wobei es in das gewünschte Produkt Natriumcarbonat, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf zerfällt. Aus dem Filtrat wird Ammoniak durch Zugabe des gebrannten Kalkes wieder zu- rückgewonnen und kann neuerlich verwendet werden. Als einziger Abfall bleibt Calciumchloridlösung übrig. Etwa die Hälfte der weltweiten Sodaproduktion wird zur Herstellung von Glas eingesetzt. Bei der Produktion von Seife wurde Soda zum Großteil von Natrium- hydroxid verdrängt. Es wird aber in beträchtlichen Mengen den Waschmitteln und den Geschirrspülmitteln für Spülmaschinen beigegeben. Große Mengen werden auch für die Wasserenthärtung benötigt. Kalk und Dolomit – die Carbonatgesteine Calciumcarbonat CaCO 3 , Hauptbestandteil des Kalkgesteins, und Calcium-Mag- nesiumcarbonat CaCO 3 • MgCO 3 , Hauptbestandteil des Dolomitgesteins, sind die zwei häufigsten Carbonate der festen Erdkruste. Sie treten gebirgsbildend auf, wie in den nördlichen und südlichen Kalkalpen und in den Dolomiten Süd- und Osttirols. Charakteristisch ist die im Vergleich zu Silikatgesteinen rasche Verwitterung, die durch Kohlensäure verursacht wird. Sie entsteht, wenn sich CO 2 aus der Luft in Wasser löst. Die Carbonationen werden durch Kohlensäure in Hydrogencarbona- tionen umgewandelt. Im Unterschied zu den schwerlöslichen Carbonaten sind die Hydrogencarbonate von Calcium und Magnesium wasserlöslich. Die Carbo- nate werden also in einer relativ raschen Reaktion chemisch umgewandelt und gelöst. Calcium- und Magnesiumhydrogencarbonat bilden dann die Hauptbe- standteile der Wasserhärte (Exkurs Wasser S. 45). Die rasche Verwitterung führt vor allem beim Kalk zu typischen schroffen Verwitterungsformen mit Schluch- ten, Dolinen und Höhlen, die Karsterscheinungen . Durch die Rückbildung von Kalk aus den gelösten Hydrogencarbonaten bei der Wasserverdunstung entste- hen Tropfsteine. Beim härteren Dolomit verläuft die Verwitterung langsamer, und es treten keine typischen Karsterscheinungen auf. Kalk ist Ausgangsstoff für die Herstellung des Baustoffs Kalkmörtel (Exkurs Bau- stoffe S. 57). Als Zuschlagstoff für Beton wird vor allem der härtere Dolomit verwendet, ebenso als Material für den Wegebau. Dolomitsteinbrüche liefern scharfkantigen Sand, der sich beim Verdichten verzahnt. Marmor ist durch hohen Druck im Erdinneren umgewandelter Kalk (seltener auch Dolomit). Er eignet sich zur Herstellung von Boden- und Wandbelägen und in der Bildhauerei für Skulpturen. Berühmt ist der weiße Marmor aus dem italie- nischen Carrara, aus dem Michelangelo seine Kunstwerke (Pieta, David, Moses) geschaffen hat. Gemahlener Kalk und auch Dolomit wird den Düngemitteln zugesetzt und wirkt gegen Bodenübersäuerung. Silicatische Gesteine Carbonatische Gesteine Dünne Bodenschicht Dicke Bodenschicht Schnelle Verwitterung Gute Löslichkeit in kohlensäure- haltigem Regenwasser Schlechte Löslichkeit in kohlensäure- haltigem Regenwasser Langsame Verwitterung Schroffe Formen Runde Formen Na 2 CO 3 1 t 1,2 t Koks 0,5 t NaCl 1,5 t CO 2 CO 2 CO 2 H 2 O H 2 O NH 4 Cl NH 3 NaCl CaO CaO CaCl 2 CaCO 3 Ca(OH) 2 Reinigung Kalk- brennen Reinigung Soda- Erzeugung Ammoniak- Rückgewinnung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv