Wasserhärte Flashcards
Was bezeichnet der Begriff Wasserhärte?
Mit „Wasserhärte“ beschreibt man meist die Stoffmengenkonzentration von im Wasser gelösten Ionen, v.a. Erdalkalimetallen wie z.B. Calcium und Magnesium, v.a. aber Calcium.
Diese können schwer lösliche Verbindungen wie Carbonate bilden, z.B. Calciumcarbonat (CaCO3, „Kalk“) oder bei Kontakt mit Fettsäure-Anionen auch Salze mit diesen. („Kalkseifen“ bzw. „Calciumseifen“)
Welcher Stoff ist meist mit Kalk gemeint?
Der Begriff „Kalk“ kann für mehrere Calciumverbindungen verwendet werden und ist deshalb nicht ganz eindeutig. Meist bezeichnet man als Kalk aber Calciumcarbonat (CaCO3).
Beschreibe das Calciumcarbonat-Kohlensäure-Kohlenstoffdioxid-Gleichgewicht.
In Wasser gelöstes CO2 wird zu geringen Teilen zu Kohlensäure. Kohlensäure reagiert mit Calciumcarbonat zu Hydrogencarbonat und Calcium.
H2O + CO2 <-> H2CO3
H2CO3 + CaCO3 <-> 2 HCO3(-) + Ca(2+)
Alles zusammen steht in einem Gleichgewicht.
Wie entsteht “hartes” Wasser?
Wenn Wasser mit CO2 in Kontakt kommt, kann sich ein Teil davon im Wasser lösen. D.h., dass einzelne CO2 Moleküle einfach von den H2O Molekülen umschlossen werden.
Ein kleiner Teil des in Wasser gelösten CO2 reagiert auch mit dem H2O zu Kohlensäure, also H2CO3.
Wenn kohlensäurehaltiges Wasser mit Calciumcarbonat in Kontakt kommt, z.B. wenn es durch kalkhaltiges Gestein fließt, kann sich dieses im Wasser lösen:
H2CO3 + CaCO3 <-> 2 HCO3(-) + Ca(2+)
Ein H+ aus der Kohlensäure setzt sich also an das CO3(2-) aus dem Calciumcarbonat. Im Gegensatz zu CaCO3 sind Hydrogencarbonat (HCO3(-)) und Ca(2+) in Wasser löslich.
In dem Wasser ist nun also Ca(2+) und HCO3(-) gelöst.
Wovon ist die Löslichkeit von Gasen in Wasser abhängig? Wieso kann dies ein Problem für Fische werden?
Wie gut sich CO2 bzw. Gase allgemein in Wasser lösen, ist temperaturabhängig. Bei höheren Temperaturen lösen sich die Gase schlecht. Deswegen kann es im Sommer zum Fischsterben kommen, wenn Gewässer zu warm werden, wodurch sich nicht mehr genügend Sauerstoff im Wasser lösen kann.
Wieso verkalkt ein Wasserkocher?
Bei Erhöhung der Temperatur von Wasser kann sich CO2 nicht mehr so gut lösen und es entweicht. Dies nimmt nun Einfluss auf das Reaktionsgleichgewicht der Kohlensäurebildung.
H2O + CO2 <- H2CO3
Nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges verschwindet also eines der Edukte (CO2), weshalb hier die Rückreaktion stärker abläuft. Kohlensäure wird also vermehrt zu CO2 und Wasser, um das Gleichgewicht wiederherzustellen.
Dadurch, dass Kohlensäure nun wegreagiert, hat dies Einfluss auf den zweiten Teil des Gleichgewichts. Es bildet sich aus Hydrogencarbonat und gelöstem Calcium wieder vermehrt Calciumcarbonat und Kohlensäure:
H2CO3 + CaCO3 <- 2 HCO3- + Ca2+
Da im 1. Teil des Gleichgewichts Kohlensäure verstärkt rückreagiert, verschwindet hier mit Kohlensäure im 2. Teil des Gleichgewichts auch eines der Edukte, was wieder die Rückreaktion stärker ablaufen lässt und somit das lösliche Hydrogencarbonat und Calcium wieder zum unlöslichen Calciumcarbonat wird.
Deshalb bildet sich Kalk v.a. dort, wo Wasser erhitzt wird, z.B. in Wasserkochern.
Was bezeichnet die temporäre Härte von Wasser? Wie wird diese durch Wärme beeinflusst?
Da die gelösten Ionen beim Erwärmen ausfällen, also von gelösten Teilchen zu unlöslichen Ablagerungen werden, und sich die gelöste Stoffmengenkonzentration dadurch verringert, wird dies auch als „temporäre Härte“ bezeichnet. Bei Erwärmung verringert sich also die (temporäre) Wasserhärte, weil sie ja immer durch die gelöste Stoffmengenkonzentration bestimmt wird.
Was würde unter den Begriff “permanente” Härte fallen?
Gelöste Ionen z.B. aus Calciumsulfat, Calciumphosphat etc. würde man als „permanente Härte“ bezeichnen, da Erwärmung hier keinen Einfluss hat.
Nenne zwei Methoden zur Wasserenthärtung.
(1) „Ionenaustauscher“: sind Stoffe, die z.B. viele Na(+)-Ionen gebunden haben und bei Kontakt mit Ca(2+) dieses aufnehmen und im Gegenzug 2 Na(+) freisetzen. So kann das Ca(2+) entfernt werden, ohne dass sich die Ladung der Lösung verändert.
(2) Destillation: Wasser wird verdampft und der Wasserdampf aufgefangen, welcher dann wieder zu Wasser kondensiert. Dort fehlen dann gelöste Ionen wie Ca(2+), welche nicht mitverdampfen können, sondern in der anfänglichen Lösung verbleiben.
Was ist Kalkseife und wie entsteht sie?
„Kalkseifen“ oder Calciumseifen sind Verbindungen aus Calcium und Fettsäure-Anionen.
In hartem Wasser, in das Seife gegeben wurde, kann Calcium eine Ionenverbindung mit zwei Fettsäure-Anionen eingehen und eine schwer lösliche Verbindung bilden, Kalkseife:
Ca(Fettsäure-Anion)2.
Die Fettsäure-Anionen stehen dann nicht mehr zur Reinigung zu Verfügung und die Kalkseife bildet harte Ablagerungen auf den Textilien.
Was sind Tenside? Warum findet sich auf heutigen Waschmitteln häufig der Begriff „kationische Tenside“ oder „nichtionische Tenside“?
Tenside sind einfach der Überbegriff von Seifen, egal ob künstlich hergestellt oder auf Basis von Fettsäureanionen. Ein anderer Begriff dafür sind auch „waschaktive Substanzen“.
Um Kalkseifenbildung zu vermeiden, bestehen Waschmittel Heutzutage aus künstlichen Seifen ohne Fettsäureanionen. Sie funktionieren nach dem gleichen Prinzip, haben also auch einen lipophilen „Schwanz“ und einen hydrophilen „Kopf“.
Jedoch werden vermehrt Substanzen genutzt, deren Kopf nicht negativ geladen ist, damit sie kein Salz mit Calcium bilden. Der hydrophile Kopf kann stattdessen z.B. positiv oder auch einfach neutral geladen sein (kationische bzw. nichtionische [neutral geladene] Tenside).
