Wasserhärte – Reaktionen

Hallo liebe Interessierte an der Chemie, schön, dass Ihr mich weiter begleitet bei meinem Streifzug durch das Periodensystem der Elemente. Zweite Hauptgruppe Erdalkalimetalle, wir sind bereits im Teil Nummer 7, Wasserhärte. Ja, und hier hab ich Wasser, und ich gebe Seife dazu und so richtig schäumen tut es nicht. Böse, böse Seife, böses, böses Wasser. Warum ist das so? Seife schäumt nicht, da gibt es nur eine Schlussfolgerung: Wir haben es mit hartem Wasser zu tun. Wasser hat bekanntlich keine Balken, wie soll es da hart sein? Aber hart bedeutet etwas ganz Bestimmtes. Wenn Wasser hart ist, dann müssen unbedingt Ionen der Metalle Kalzium und Magnesium vorliegen. Magnesium- oder Kalziumionen machen Wasser hart. Und von hartem Wasser spricht man, wenn Kalzium- oder Magnesiumionen im Wasser vorliegen. Warum hat dann unsere Seife nicht geschäumt? Ja, Schuld daran ist nun mal diese Wasserhärte. Nehmen wir an, wir haben Kalziumionen im Wasser und die sind mit Chloridionen kombiniert, verbunden kann man ja nicht sagen, weil die sind ja gelöst da drin. Und wir geben Seife mit hinzu, in diesem Fall wäre das Natriumstearat. Dann passiert folgendes Böses, das Stearation geht zum Kalziumion, es bildet sich unlösliche Kalkseife, Kalziumstearat, ja und der Rest kombiniert um, dann bleiben 2-mal Natriumstearat übrig. Also, Kalziumchlorid reagiert mit Seife zu unlöslicher Kalkseife. Die Reaktion kann man auch einfacher schreiben, wenn man sich überlegt, welche Verbindungen in Lösungen vohanden sind und welche unlöslich sind. Also, Kalziumchloridiat löslich CaCl, die Seife ist auch löslich, Kalkseife ist unlöslich und Natriumchlorid wieder, NaCl, ist löslich. Wir müssen also nur noch die Ionen aufschreiben, die vorher in Lösungen waren und anschliessend eine unlösliche Verbindung bildeten. Wir haben Calciumionen, Ca²+, aus dem Calciumchlorid, und die vereinen sich mit den Stearationen 2C17H35COO^-, negativ geladen. Es fällt die unlösliche Kalkseife aus(2 C17H35COO)2 Ca. Die Wasserhärte ist mitunter etwas Unangenehmes, wie wir beim Entstehen der Kalkseife gesehen haben, aber es gibt unterschiedliche Typen von Wasserhärte. Und zwar haben wir es einmal mit der sogenannten Carbonathärte zu tun, und im Gegensatz dazu gibt es die 2. Form der Wasserhärte, das ist die sogenannte Nichtcarbonathärte. Manchmal nennt man sie auch Permanenthärte oder Sulfathärte. Wo finden wir die Carbonathärte ? Carbonathärte finden wir immer dann, wenn Calcium oder Magnesium als Hydrogencarbonate -HCO3 vorliegen. Also, Calciumhydrogencarbonat Ca (HCO3)2 liefert unter Erwärmung Calciumcarbonat CaCO3, es entsteht Wasser H2O und Kohlenstoffdyoxid CO2 wird frei. So, den Topf, den ich euch gleich zeigen werde, der zeigt euch dieses Calciumcarbonat zum Teil. Das ist das Ergebnis dieser Reaktion, nämlich aus löslicher Hydrogencarbonat hat sich unlösliches Carbonat gebildet. Links Hydrogencarbonat, wasserlöslich, rechts Carbonat, wasserunlöslich. Das Calciumcarbonat bildet den größten Anteil am sogenannten Kesselstein. Das ist das, was ihr eben im Topf gesehen habt. Die gleiche Reaktion kann man natürlich analog mit Magnesiumhydrogencarbonat Mg (HCO3)2 vollführen. Dann bildet sich Magnesiumcarbonat, die 2. Komponente des Kesselsteins, Wasser wird frei und Kohlenstoffdyoxid CO2 entweicht. Die blau umrandeten Verbindungen Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat bilden Kesselstein, dieser setzt sich ab. Das ist zwar schlecht für den Topf, der Kesselstein ist nicht gut, man muss den entfernen aber für das Wasser. Das Wasser wird weicher, deswegen schmeckt uns auch der Kaffee. Wenn das Wasser immer noch hart wäre, dann würde das gar nicht so gut schmecken. Jetzt zur Nichtcarbonathärte. Die Nichtcarbonathärte liegt vor, wenn wir Calcium- oder Magnesiumionen, Sulfate und Chloride in der wässrigen Lösung haben. Bei derartigen Verbindungen, nützt erwärmen wie bei der Carbonathärte rein gar nichts. Daher bedient man sich hier einer anderen Idee. Wir nehmen zum Beispiel Magnesiumchlorid und setzen es mit Soda um. Dann erhalten wir Magnesiumcarbonat, welches ausfällt und Natriumchlorid bleibt übrig. Wir müssen nur noch das Magnesiumcarbonat, welches ausfällt, und Natriumchlorid bleibt übrig, wir müssen nur noch das Magnesiumcarbonat MgCO3 abtrennen und unser Wasser ist viel weicher. Nehmen wir an, wir haben Calciumsulfat vorliegen, dann kann man das Calcium entfernen, indem man das Soda hinzugibt. Es bildet sich ein unlöslicher Niederschlag von Calciumcarbonat CaCO3 und die anderen Ionen bleiben als Natriumsulfat in der Lösung enthalten, Na2SO4, Natriumsulfat. Magnesiumcarbonat und Calciumcarbonat setzen sich ab, das Wasser wird weicher. So, jetzt brauchen wir noch eine Maßeinheit, in der wir die Wasserhärte angeben und bestimmen. Denn einfach nur von weichen Mitteln oder harten Mitteln zu sprechen ist auf die Dauer nicht ausreichend. Ja, wir müssen die Menge an Calciumionen und Magnesiumionen in einem Liter Wasser angeben. Es ist naheliegend, die Menge an Magnesium- und Calciumionen in mmol/l anzugeben. Haben wir 0mmol/l, ist das Wasser sehr weich. Bei 10mmol/l ist es sehr hart, 5 liegt genau dazwischen. 5mmol/l machen bei Magnesium, welches eine modulare Masse von 24g/mol hat 120mg/l. Bei Calcium beträgt die modulare Masse 10 Gramm pro mol, da sind das 200 Milligramm pro Liter. Bei 0 ist es selbstverständlich 0mg/l. 10 mmol/l bedeuten entsprechend  bei Magnesium 10mmol/l/l und bei Calcium 400mg/l. Na dann kommen wir langsam in den Bereich des Gramms hinein. 1000mg/l währen 1 Gramm Calciumionen pro Liter. Wir wollen noch notieren, wo der Bereich des Wassers weich ist und wo er hart ist und damit auch dieses Video beenden. Ich wünsche euch alles gute und viel Erfolg. Vielleicht hattet ihr ein wenig Spaß.