Kalk

Versuch 1      Kalk mit Säure zersetzen:

Ein altes Hausmittel sagt, daß Kalkflecken mit Essigsäure sehr gut zu entfernen sind.

Woher kamen denn diese Kalkflecken ???
Kreide, Kalkanstriche an Wänden abgescheuert, Arbeitskleidung beim Verwenden von Kalk als Desinfektion oder als Wandanstrich oder Bodendünger etc

Heute stört uns der Kalk an den elektrischen Heizstäben der Waschmaschine, jedenfalls macht die Werbung damit das Thema interessant. Wie können wir diesen Kalk entfernen?
(Die Lösungen von Kalk in Wasser werden im Themenbereich "Wasserhärte" beschrieben)



Kohlendioxid aus Kalk


Geräte und Materialien
Tropfpipette
10 Petrischalen
verd. Salzsäure (10%ig) oder Essigsäure
verschiedene Proben
Holzspan
Ei, Sektflasche, Becherglas 100 ml

Arbeitsanleitung

Suche Stoffe zusammen, die aus Kalk bestehen, oder an denen Kalk abgelagert ist:

Der alte Tauchsieder
Muschelschalen
Gartenerde und Erdprobe von der Wiese
Mörtel aus der Backsteinwand
Eierschalen
Marmorkrümel
Kesselstein aus einem Wasserkessel
-- was ist noch zu finden:

Gib eine kleine Probe von jedem Stoff in eine Petrischale, Uhrglas oder Becherglas. 
Als Säure verwenden wir schwache Salzsäure ( 10 %) oder Essigsäure 
(Essig - Essenz).
Gib mit einer Tropfpipette fünf Tropfen der Säure zu den Proben. 
Wenn sie Kalk enthalten , müssen sie aufschäumen.







Vergleiche die Intensität der Gasbildung und fülle die Tabelle aus:


Probenart		stark	mittel	schwach	Dauer der Gasbildung in min	Anmerkungen
						
						
						
						
						
						




Mache nun eine Expedition in den Alltag und untersuche, wo Kalk zu finden ist. Dabei nimm etwas Salzsäure in der Tropfflasche und viel Wasser zum Nachspülen mit.
Notiere die Art und den Ort der Probe und beschreibe das Ergebnis in einem Probenprotokoll.


Löse Muschelschalen in schwacher Salzsäure. 
Weise das Kohlendioxidgas mit einem glimmenden Span nach.
vgl. Themenbereich Wasserhärte.

Prüfe einen Gartenboden und einen Wiesenboden auf die Kalkversorgung.
Beachte die Arbeitsanweisung aus dem Gartenratgeber.
 


Die Kalkablagerung an dem Tauchsieder (Wasserkocher) in der Küche tauche kurz in die Salzsäure. Welches Gas bewirkt das Aufschäumen?
Ist er auf diese Weise zu reinigen?


Wenn Wandtafelkreide Kalk enthält, müsste sie mit Säure aufschäumen und CO2 bilden. Probiere es aus.


An der Hauswand (Backstein) sind Mörtelfugen.  Mache die Wand zunächst nass. Dann gib etwas Salzsäure an die Mörtelfuge, schäumt sie auf?


Auch Vögel nutzen Kalk für die Verstärkung ihrer Eierschalen. Diese Schalen können in Essig oder schwacher Salzsäure gezielt aufgelöst werden. 
Hole ein Ei aus dem Hühnerstall (Kühlschrank) und probiere folgendes:
Mit diesem Trick ist das Hühnerei in die Sektflasche zu bekommen. Löse die Eierschale auf. Dazu muss es einige Zeit in Salzsäure liegen (Becherglas). Dann Mache die Sektflasche hei? (kochendes Wasser)und lege das das Ei in der Eihaut oben auf die Flaschenöffnung. Nun kühle die Flasche ab, der Unterdruck saugt es in die Flasche.

 
Versuch 2       Kalkmenge im Wattboden:


Geräte und Materialien
250 ml Rundkolben, Zweihals mit Schliff, Stativ
Tropftrichter mit Gasausgleich und Schliffstopfen
Übergang Schliff zu Glasolive
Schlauch, U - Glasrohr
Wasserwanne und Messzylinder 500 ml
Salzsäure 10 %ig
Wattboden, getrocknet
Waage

Arbeitsanleitung

Trockne Wattboden im Trockenschrank.
Wiege dann etwa 100g davon ab und gib ihn in den zweihals Rundkolben.
Befestige ihn am Stativ. setze den Tropftrichter auf und befülle ihn mit Salzsäure. 
Setze den Übergang zum schlauch auf und montiere die Gasauffangeinrichtung.
Wasserwanne, Zylinder mit Wasser gefüllt über das Schlauchende halten.
Wenn die Apparatur dicht ist öffne den Zulauf der Säure. Der Wattboden wird aufschäumen und das Kohlendioxid in den Messzylinder ausweichen.

Zeichne die vollständige Versuchsanordnung.





Bestimme die Gasmenge und berechne daraus die Menge Kalk, die im Wattboden vorlag.







Wie hoch war der prozentuale Anteil an Kalk im Wattboden? 

Versuch 3                   Kalk brennen


Vor 100 Jahren kannten die Friesen - Siedler an der Nordseeküste das Brennen von Muschelkalk sicherlich schon. Sie sind auf See weit herumgereist und haben Mauerkalk gesehen. Aber an der Küste fehlte es an Brennstoff und deswegen wurden feste "Steinhäuser" erst gebaut als man reicher geworden war. um 800 n Chr. etwa.
Kalk brennt nicht, aber er verändert sich bei Temperaturen über 600°C.

Geräte und Materialien

Gasbrenner, Dreibein, Tondreieck
Porzellantiegel, Tiegelzange, Tiegelschuh
Hammer
Muscheln, pH - Indikatorpapier
Tonrohr, Holzkohle
Gebläsebrenner (Lötbrenner) oder Lagerfeuer

Arbeitsanleitung

Zerkleinere mit dem Hammer eine weiße Muschelschale.
Erhitze das Kalkmehl im Schmelztiegel auf Rotglut.  Lege eine kleine Probe des erkalteten Produktes auf ein nasses pH-Indikatorpapier. Vergleiche den Effekt mit unverändertem Schalenmehl.

Prüfe dann in zwei Petrischalen durch Zugabe von Salzsäure, ob sich aus dem gebrannten Kalk Kohlendioxid entwickelt.

Trage die Beobachtungen in die Tabelle ein:

                                                 frische    Kalkschalen           gebrannter Kalk

Farbe des pH-Indikators
pH Wert

Reaktion mit Salzsäure

 
Eine größere Menge  Brandkalk ist mit einem kleinen Brennofen herzustellen.

Ein Tonrohr ist ein guter Hochofen. Es kann etwa  750 g Masse aufnehmen.
Als Brennmaterial, das keine Rückstände hat, nehmen wir Holzkohle. Die Mischung mit den Muschelschalen ist etwa 1 Massenteil Kalk auf 2 Massenteile Holzkohle.
Wiege auf der oberschaligen Waage  300 g Muschelschalen und 600 g Holzkohle ab.
Mische die beiden Stoffe und fülle das Gemisch in den Hochofen (Tonrohr).

Damit die Glut durch das senkrecht stehende Rohr zieht, bedarf es großer Hitze, zum Beispiel im inneren eines Lagerfeuers. Das Tonrohr alleine würde die Glut zu sehr abkühlen und die Reaktion erfolgt nicht.
Sonst muss die Glut mit einem Gebläsebrenner erhalten werden.


Protokolliere die Reaktion

Zeitplan:  Angezündet:                                                Uhr
                  Glutzone oben sichtbar:
                  keine Glut mehr zu sehen:
                  Sackung in %
                  kaltes Produkt entnommen:
                  Restmasse in Gramm:


Mit diesem gebrannten Kalk kannst du die Versuche zum Kalklöschen machen oder auch eine Backsteinmauer mauern.



 
Versuch 4                               Kalk löschen	

Nichts geht in den Ökosystemen verloren, auch die Energie nicht, die beim Brennen von Kalk aufgewendet worden ist. Sie steckt in dem gebrannten Kalk und kann wieder gewonnen werden.

Geräte und Materialien

Thermoelement, Digitalthermometer (bis 300°C)
Gebrannter Kalk
Becherglas 100ml hoch
Mauersteine, Sand


Arbeitsanleitung

Fülle das Becherglas zu einem Drittel mit gebranntem Kalk. Gib etwa 20 ml Wasser auf den Brandkalk

Wie ändern sich Temperatur und Volumen.

Die Probe kann sehr heiß werden, probiere mit einem Thermoelement, welche Temperaturen erreicht werden.  aber Vorsicht vor Verbrennungen!!
Beschreibe deine Beobachtungen:




Mische Mauermörtel mit dem gelöschten Kalk.
Nimm dazu 4 Teile Sand auf ein Teil Löschkalk.

Gibt den Mörtel zwischen zwei Backsteine.
Beobachte, wie ein Backstein im Mörtel "klebt".
Ein fachkundiger Maurer schlägt mit dem Hammer den gesetzten Stein kurz in die richtige Lage. Das hat zwei Gründe. Zum einen ist durch den Schlag der Mörtel leichter beweglich (Thixotropie) und an der Verbindungsfläche zum Backstein wird der Kalk leicht angereichert. Damit hält die Wand besser.

Verändert sich die Mörtelschicht sichtbar, wenn du mit einem Hammer kurz auf den oberen Stein schlägst?


 
Versuch 5                Kalkformen, Riffkunde

Auf der Erdoberfläche gibt es riesige Kalkberge, Kalkküsten und auch unter Wasser große Riffe. Oft haben diese Kalkablagerungen verblüffend schöne Strukturen.
Im Labor könne wir ein wenig davon nachmachen.

Geräte und Materialien

Stereolupe
Muschelschalen, Seepocken
Soda, Calziumchlorid
Petrischale, Wasser
Overheadprojektor

Arbeitsanleitung
Zunächst einige Beobachtungen unter der Lupe.
Eine Muschel hat merkwürdige "Jahresringe". Sie erneuert und vergrößert ihre Schale von innen heraus. Unter der Lupe sehen diese Stufen sehr abenteuerlich aus. Vielleicht so wie Kalkterassen.

Auch Seepocken sind recht abenteuerlich geformt. Mit der Stereolupe hast du Probleme das Bild scharf zu stellen. Eine kleine Vergrößerung hat die beste Tiefenschärfe.

Wie bilden sich solche Strukturen?

Stelle eine Petrischale auf den Overheadprojektor und bedecke den Boden gerade mit Wasser.
Gib nun an den Rand der Schale eine Spatelspitze Soda, warte eine Minute und gib an die gegenüberliegenden Rand eine gleiche Menge festes Calziumchlorid

Beobachte direkt und in der Projektion die Mischzone in der sich Kalk bildet.

Lasse die Kalkstrukturen zwei Tage unbewegt stehen, dann trocknet das Riff.  Beobachte die Riffe nach unter der Lupe.

Zeichne die Strukturen:







Versuch  6                Crash - Test

Geräte und Materialien

Stativ mit zwei Ringen
Becherglas, welches in die Ringe passt.
Sand, Metallkörner, Ziegelsteine
verschiedene Muschelschalen und Schneckenhäuser
Waage

Arbeitsanleitung

Baue dir eine Crashtest-Analge mit der du ein Becherglas auf eine Muschelschale stellen kannst. Als Führung nutze das Stativ mit den zwei Ringen, die das Becherglas stützen.
Fülle nun soviel Sand, Metallkörner etc in das Glas bis die Muschel bricht.
Wenn das Glas voll ist, lege noch Steine darauf.
Wenn die Kalkschale bricht nimm das Becherglas mit Inhalt und bestimme mit der Waage das Gewicht.

Mache den Test mit einer:

Pfeffermuschel
Miesmuschel
Sandklaffmuschel
Strandschneckenhaus

Welchen Gewichten halten die Schalen stand?

 

Versuch 7                  Opaleszenz 

Miesmuschel lieben es innerlich schön bunt. Jedenfalls sind die Schalen auf der Innenseite prächtig schillernd.
Austern mögen das auch und es ist verwunderlich, wie die Muscheln die Farben so ganz ohne Farbstoff machen können.
Denn die Farben entstehen durch Lichtbrechung an den feinen Gitterstrukturen der etwas durchsichtigen Kalkoberfläche. Bei Opalen entstehen die Farben auf die gleiche Weise.

Geräte und Materialien

Miesmuschelschalen und Austernschalen
Lupe, Lampe
Opal Edelstein

Arbeitsanleitung


Drehe die Muschelschalen und die Opale in der hellen Lampe unter der Lupe.

In manchen Positionen wirst du das Schillern besonders deutlich sehen.
Versuche die Farben aufzuzählen, die du erkennen kannst.
Das farbige Licht entsteht durch eine Brechung am Schichtgitter der Kalkminerale.
Schlage im Physikbuch nach, bei welchen Gitterabständen eine Spectralaufteilung entstehen kann. 

Querverweise,
Zusammenhänge,
Zusatzinformationen


Kalk brennen in alten Zeiten. Errichten fester Bauten, Burgen, Festungen


Kalkkreislauf,  Begriff des Kreislaufes? bezogen auf C , CO2 oder O2


Wachstum der Muscheln, Jahresringe.


Speicherung von Kohlendioxid im Kalkhaushalt der See.
CO2 Puffer, Kohlenstoffkreisläufe


Kalk im menschlichen Körper.
Elektrolyte,  Was sind Knochen ?


Hydrogencarbonate, Tropfsteine
Karbonatgestein, Edelsteine


Kalkgehalt im Wasser,


Kalk im Boden, Kalkverlagerung, Knickmarschbildung



vgl. auch die Themen:   Wasserhärte ,
                                         Nährstoffe
                                         Ionenaustausch  




Fallstudien


Unfall beim Einsatz von Brandkalk in Weener


Schicksal der Korallenriffe


Statistiken



Bericht von einer Muschelkalkherstellung in Nederlande



Werbung für Kalksandsteine




 
Fragen

1. Rieselt Kalk in den Knochen ? oder was ist mit der Verkalkung im Alter 
gemeint?

2. In alten Muschelkalkfugen sind immer vollständige Muschelreste zu sehen, warum hält die Fuge trotzdem?

3. Wie bilden sich Tropfsteine im Kalkgebirge?

4. Kalziumcarbonat ist für Mauermörtel gut geeignet, warum nicht Natriumkarbonat ?

5. Was ist "Spaghetti alla carbonara"

6. Zur schneller Aushärtung von Kalkfugen wurde in den Räumen von Neubauten ein kleines Koksfeuer gehalten. Warum ?

7. Bei kalkreichem Wasser gibt es stets Ablagerungen an der Behälterwänden oder Rohrleitungen. Warum gibt es im Schlickwatt solche Ablagerungen an den Oberflächen nicht.

8. Sind Kalzium und Magnesium immer vergesellschaftet?

9.  Woher hat der Kalk seinen Namen ?

10. Wie alt kann eine Sandklaffmuschel werden? 

11. Was ist im Watt mit Hartsubstratablagerung gemeint ?