Salze

I. Kochsalz - Ein prominenter Vertreter der Salze
II. Salze in Küche, Bad und Garten
III. Salze als Baustoffe

Gestern am Mittagstisch: "Kannst du mir bitte das Salz geben?"
Wenn wir den Begriff "Salz" verwenden, meinen wir in der Regel damit das Speise- bzw. Kochsalz. Wir verwenden aber noch eine Reihe weiterer Stoffe im Alltag, die aus chemischer Sicht auch zur Gruppe der Salze gehören. In diesem Abschnitt wird zunächst das Kochsalz als typischer Vertreter der Salze vorgestellt, um anschließend verschiedene Salze in Küche, Bad und Garten und die Verwendung von Salzen als Baustoffe zu thematisieren.
Salze sind aus positiven Ionen (Kationen) und negativen Ionen (Anionen) aufgebaut. Mit Ausnahme der Ammoniumsalze (mit NH4+-Kationen) handelt es sich bei den positiven Ionen um Metall-Kationen. Die negativen Ionen sind die Anionen von Säuren. So können Salze durch Reaktion von Metallen mit anorganischen und organischen Säuren entstehen.

Versuch:
Reaktion von Säuren mit unedlen Metallen

I. Kochsalz - Ein prominenter Vertreter der Salze
Kochsalz (Natriumchlorid) gehört zu den ältesten Würzmitteln von Speisen. Gerade in Ländern des Mittelmeerraumes wurde es lange Zeit und zum Teil auch heute noch aus dem Meerwasser gewonnen (Meersalz). Das Meerwasser des Mittelmeerraumes zeichnet sich durch einen hohen Salzgehalt aus: Der Gesamtgehalt an Salzen beträgt 3,9 %. Davon sind 3 % reines Natriumchlorid. Die Gewinnung von Meersalz wird durch Verdunsten des Wassers in Salzgärten bzw. Meeressalinen (flachen Mulden in Küstennähe) betrieben.

Hierzulande wird Kochsalz durch bergmännischen Abbau (Steinsalz) oder durch Einpumpen von Wasser in Salzlagerstätten gefördert. Aus der so enthaltenen Sole (Salzlösung) wird das Kochsalz durch Verdampfen des Wassers gewonnen. Lange Zeit wurde dies in großen, feuerbeheizten Eisenpfannen durchgeführt, in denen das Wasser nach einer Kochzeit von 16 Stunden verdampfte. Dieses Verfahren erklärt auch den Ursprung des Wortes Kochsalz.

Versuche:
Züchten von Einzelkristallen
Kochsalzkristalle im Eiltempo

Nachdem das Kochsalz mehreren Reinigungsprozeduren unterworfen wurde, ist es nahezu ein Reinstoff. Besonders reines Natriumchlorid ist das Regeneratsalz für Spülmaschinen, da Verunreinigungen (d. h. andere Kationen als Natrium-Ionen) den Ionenaustauscher der Spülmaschine mit der Zeit unbrauchbar machen würden.

Versuch:
Speisesalz und Regeneratsalz - Zwei Reinstoffe?

Natriumchlorid löst sich gut in Wasser. Bei diesem Lösevorgang werden die positiv geladenen Enden der Wassermoleküle von den Anionen und die negativ geladenen Enden der Wassermoleküle von den Kationen an der Kristalloberfläche angezogen. Diese Ion-Dipol-Anziehungen erlauben den Ionen, aus dem Kristallverband in die Lösung zu driften. Die gelösten Ionen sind hydratisiert, dass heißt von einer Hülle aus Wassermolekülen umgeben.

Eine solche Salzlösung macht Wasser leitend für den elektrischen Strom. Beim Anlegen einer Spannung wandern die Kationen zum negativen, die Anionen zum positiven Pol und transportieren auf diese Weise den elektrischen Strom. Wässrige Salzlösungen, die den elektrischen Strom leiten, nennt man auch Elektrolyten. Sie begünstigen die Korrosion von Metallen, wie z. B. das Rosten von Eisen.

Versuche:
Leitfähigkeit von Kochsalz
Korrosionsverhalten von verzinntem Eisen (Weißblech) und verzinktem Eisen
Die "Salzbatterie"

Wässrige Lösungen neigen dazu, sich zu verdünnen, wenn sie von reinem Wasser durch eine Membran, die nur für das Lösungsmittel Wasser durchlässig ist, getrennt sind. Dieser Vorgang wird Osmose genannt. Die Wände der einzelnen Zellen von Gemüse sind solche Membranen. Damit die Mineralstoffe (Salze) in den Zellen beim Kochen nicht in das Kochwasser diffundieren und das Gemüse auf diese Weise fade und geschmacklos wird, setzt man dem Kochwasser Speisesalz hinzu. So stehen sich nahezu gleichkonzentrierte Salzlösungen (in und außerhalb der Zellen) gegenüber.

Mehr Informationen zu diesem Thema findest du auf dieser Web-Site.

Wenn Kochsalz und andere Salze in Wasser gelöst werden, bewirkt dies eine Veränderung des Gefrier- und des Siedepunktes gegenüber reinem Wasser. Der Gefrierpunkt wird herabgesetzt, weshalb Natriumchlorid z. B. in Streusalz enthalten ist. Gleichzeitig liegt der Siedepunkt einer solchen Lösung höher als der von reinem Wasser.

Versuche:
Siedepunkterhöhung durch Kochsalz
Mit Kältemischungen gibt es auch im Sommer Eis

II. Salze in Küche, Bad und Garten
Natriumchlorid ist das Natriumsalz der Salzsäure. Durch Anklicken des folgenden Links erhältst du eine Tabelle mit weiteren Salzen, deren zugehörigen Säuren und Verwendungen:

Tabelle: Anorganische Säuren und ihre Salze.

Im folgenden Abschnitt werden die Salze nach ihren Anionen eingeteilt. Viele dieser Salze enthalten Kationen von Natrium, Kalium und Calcium. Salze dieser Elemente zeigen unabhängig ihrer Anionen eine charakteristische Flammenfärbung. Daneben gibt es noch die Ammoniumsalze. Sie besitzen kein metallisches Kation, sondern ein Ammonium-Kation (NH4+). Es ist das Kation des Ammoniak (NH3).

Versuche:
Unterscheiden von Salzen durch Flammenfärbung
Ammoniak aus Hirschhornsalz
Verbinden von Metallen durch Löten

Carbonate
Carbonate sind die Salze der Kohlensäure (H2CO3). Da Carbonate mit Säuren zu Kohlenstoffdioxidgas und Wasser reagieren, werden sie vielfach als Backtriebmittel eingesetzt:

NaHCO3 + H3O+ ———> Na+ + 2 H2O + CO2 á

Natron (Natriumhydrogencarbonat, NaHCO3) wird zusammen mit einer kristallinen Säure in Backpulver verwendet. Weitere Backtriebmittel sind Pottasche (Kaliumcarbonat, K2CO3) und Hirschhornsalz (Ammoniumcarbonat, (NH4)2CO3).

Soda (Natriumcarbonat, Na2CO3) und Pottasche (Kaliumcarbonat, K2CO3) reagieren mit Wasser zu alkalischen Lösungen. Sie sind basische Salze.

Na2CO3 + H2O ———> NaHCO3 + OH-

Solche Lösungen helfen beim Verseifen von Fetten, weshalb Soda in Spülmitteln für Geschirrspülmaschinen und Vollwaschmitteln Verwendung findet.

Da Calciumcarbonat (CaCO3) Kristalle mit scharfen Kanten bildet, die schlecht wasserlöslich sind, wird es verschiedenen Scheuermitteln als Polierkörper zugesetzt. Dagegen ist Calciumhydrogencarbonat (Ca(HCO3)2) gut wasserlöslich. Es ist für die Härte von Leitungswasser verantwortlich und reagiert durch Erhitzen der wässrigen Lösung zum schlechtlöslichen Calciumcarbonat, dem so genannten Kesselstein:

Ca(HCO3)2 ———> CaCO3 + H2O + CO2 á

Versuche:
Bau eines Kohlendioxid-Schaumlöschers (Modellversuch)
Nachweis von Calciumcarbonat in Scheuermitteln
Nachweis von Alkalien, Tensiden und Bleichmitteln in Scheuermitteln
Herstellen einer einfachen Waschlauge aus Asche
Modellversuch zur Verwitterung des Kalksteins (Wasserhärte)

Weitere Informationen und Experimente zur Wasserhärte befinden sich auf der folgenden Web-Seite:

Wasserhärte: Informationen und Experimente zur Wasserhärte

Auf der Reaktion der Carbonate mit Säuren zu Kohlenstoffdioxid beruht auch deren Nachweis. Das entstehende Kohlenstoffdioxidgas wird in Kalkwasser eingeleitet, wodurch ein weißer Niederschlag aus schwerlöslichem Calciumcarbonat entsteht, der die Lösung trübt:

Ca(OH)2 + CO2 ———> CaCO3 + H2O

Sulfate
Die Sulfate sind die Salze der Schwefelsäure (H2SO4).
Natriumsulfat (Glaubersalz, Na2SO4) wird vielfach in der Glasherstellung und als Bestandteil von Abführmitteln verwendet. Das Natriumhydrogensulfat (NaHSO4) ist ein saures Salz, da es ein Proton abspalten kann und mit Wasser Oxonium-Ionen bildet:

Na+ HSO4- + H2O ———> Na+ + SO42- + H3O+

Aus diesem Grund wird es sauren WC-Reinigerpulvern zugesetzt, die den Kalkbelag (CaCO3) entfernen:

CaCO3 + 2 H3O+ ———> Ca2+ + 3 H2O + CO2 á

Da Magnesiumsulfat (Bittersalz, MgSO4), wie sein Name schon sagt, einen sehr bitteren Geschmack besitzt, wird es neben seiner Verwendung als Düngemittel auch zur Schädlingsbekämpfung verwendet. Wenn Nadelhölzer von Läusen befallen sind, werden sie häufig mit einer Lösung aus Bittersalz gegossen. Dieses überlagert den süßen Geschmack des Zellsaftes der befallenen Pflanze, so dass die Läuse von der befallenen Pflanze abwandern.

Sulfat-Ionen werden durch Zugabe einer wässrigen Lösung von Bariumchlorid (BaCl2) nachgewiesen. Es entsteht ein weißer Niederschlag von Bariumsulfat (BaSO4), der sich nicht in Wasser löst. Auch diese Reaktion ist eine Salzbildungsreaktion:

BaCl2 + Na2SO4 ———> 2 NaCl + BaSO4 â

Versuche:
Herstellen von Salzsäuregas aus einem WC-Reiniger und Kochsalz

Phosphate
Phosphate sind die Salze der Phosphorsäure (H3PO4). Unsere Knochen und Zähne bestehen zum Teil aus Calciumphosphat. Aber auch in Düngemitteln werden Phosphate verarbeitet.

Versuche:
Untersuchen von Düngemitteln auf Phosphate
Nachweis von Phosphaten in Waschmitteln
Der Einfluss von Hydroxycarbonsäuren auf den Zahnschmelz (Modellversuch)

Nitrate
Nitrate sind die Salze der Salpetersäure (HNO3). Viele Nitrate werden in Düngemitteln verwendet. Durch Zugabe von Nitraten können Pflanzen den für sie lebenswichtigen Stickstoff aufnehmen. So werden Natriumnitrat (NaNO3), Kaliumnitrat (KNO3) und Ammoniumnitrat (NH4NO3) Düngemitteln zugesetzt.
Silbernitrat (AgNO3) spielt in der Schwarz-Weiß-Fotografie eine wichtige Rolle und wird wegen seiner ätzenden Wirkung auch in Medikamenten gegen Warzen als so genannter Höllenstein verwendet.

Versuche:
Untersuchen von Düngemitteln auf Nitrate
Untersuchen des Nitratgehalts von Gemüse und Obst
Darstellen von Sauerstoff aus Pökelsalz

Halogenide
Halogenide sind die Salze der Halogenwasserstoffsäuren (Flusssäure, HF / Salzsäure, HCl / Bromwasserstoffsäure, HBr und Iodwasserstoffsäure, HI).
Das bereits erwähnte Natriumchlorid (Kochsalz) gehört zur Gruppe der Halogenide, da sein Anion das negative Ion des Halogens Chlor ist.
Einige Patienten mit Bluthochdruck verwenden Kaliumchlorid (KCl) als Kochsalzersatz, da Natrium-Ionen im Zusammenhang mit dem Bluthochdruck stehen. Kaliumchlorid schmeckt allerdings weniger "salzig" als Natriumchlorid. Weitere Chloride im Haushalt sind das Zinkchlorid (ZnCl2) und das Ammoniumchlorid (NH4Cl). Beide werden in Lötwasser bzw. Lötsalz verwendet. Ammoniumchlorid ist wegen seiner schleimlösenden Wirkung in Salmiakpastillen enthalten.
Schwarz-Weiß-Fotopapiere sind mit einer Mischung aus Silberbromid (AgBr) und Gelatine beschichtet. Natriumfluorid (NaF) ist in Zahnpasta enthalten, da Fluoride die Bildung von Karies verhindern sollen.

Versuche:
Nachweis von Fluorid in Zahncreme
Verbinden von Metallen durch Löten
Herstellen von Salzsäuregas aus einem WC-Reiniger und Kochsalz
Fotochemischer Prozess beim Belichten von Fotopapieren
Entwickeln von Fotopapieren (Modellversuch)
Der Fixierprozess bei Fotopapieren

Hypochlorite
Natriumhypochlorit (NaOCl) ist das Natriumsalz der Hypochlorigen Säure (HOCl). Es findet in einigen Bleichmitteln und desinfizierenden WC-Reinigern Verwendung. Es reagiert mit Wasser zu Hydroxid-Ionen und ist deshalb alkalisch:

Na+ + OCl- + H2O ———> Na+ + HOCl + OH-

Aus diesem Grund kann es auch nicht den Kalkbelag auf Keramiken und Armaturen beseitigen, sondern wirkt nur desinfizierend und bleichend. Zusammen mit sauren Reinigungsmitteln z. B. auf der Basis von Essigsäure entsteht giftiges Chlorgas. Diese Reaktion hat schon zu einer Reihe von gefährlichen Unfällen in Haushalten geführt, weshalb in vielen WC-Reinigern inzwischen Wasserstoffperoxid (H2O2) als Bleich- und Desinfektionsmittel verwendet wird.

Versuch:
Reaktionen von Sanitärreinigern

III. Salze als Baustoffe
Calciumcarbonat (Kalk, CaCO3), Calciumsulfat (Gips, CaSO4) und verschiedene Silicate (in Zement, Ziegelsteinen und Gläsern) sind wichtige Baustoffe. Auch sie gehören zur Gruppe der Salze.
Während Kalk ein weiteres Carbonat und Gips ein weiteres Sulfat ist, sind die Silicate in diesem Abschnitt neu. Je nach Gehalt an Calcium, Aluminium und Eisen, werden sie als Calcium-Silicate, Alumo-Silicate und Ferro-Silicate bezeichnet.

Kalk
Vor der breiten Verwendung von Zement gehörte Kalkmörtel (Calciumcarbonat, CaCO3) zu den wichtigsten Baustoffen. Aber auch heute wird er noch z. B. zum Verputzen von Fassaden verwendet.
Der Herstellung und Verwendung des Kalkmörtels liegt der technische Kalkkreislauf zugrunde. Zur Herstellung von Kalkmörtel wird zunächst durch thermische Zersetzung aus Kalkstein Calciumoxid (Branntkalk, CaO) gewonnen. Für die Verarbeitung zu Kalkmörtel wird dieser mit Wasser zu Calciumhydroxid (Löschkalk, Ca(OH)2) umgesetzt und mit Sand gemischt. Das Abbinden erfolgt durch die Reaktion von Löschkalk mit dem Kohlenstoffdioxid der Luft.

Versuche:
Vom Kalk zum Branntkalk und Löschkalk
Herstellen und Abbinden von Luftmörtel

Gips
Viele Produkte, wie z. B. Gipsplatten, Putzgips und Stuck bestehen aus Gips (Calciumsulfat, CaSO4). Heute wird er als Nebenprodukt der Rauchgasentschwefelung gewonnen. Der so erhaltene Gips enthält Hydratwasser und heißt Calciumsulfatdihydrat (CaSO4 . 2 H2O). Durch starkes Erhitzen wird dem Dihydrat das Kristallwasser entzogen. So entsteht das Calciumsulfatanhydrid (CaSO4), welches - mit Wasser angerührt - wieder das Dihydrat bildet, das dann in einer beliebigen Form erstarrt.

Versuche:
Der Gipskreislauf
Herstellen von Schaumgips mit Calciumcarbonat
Herstellen von Schaumgips mit Aluminiumpulver

Der größte Teil des Gips, der als Baustoff im Handel ist, stammt aus den Entschwefelungsanlagen der Kohlekraftwerke. Dazu haben wir eine Webseite.

Abgasreinigung: Modellversuch zum Kalkwaschverfahren (Entschwefelung)

Silicate
Der inzwischen wichtigste Baustoff ist Zement. (Portland-)Zement enthält neben sauren Oxiden (SiO2, Al2O3, Fe2O3) das basische Oxid Calciumoxid (CaO), welches aus dem Brennen von Kalksteinen (Portlandsteinen) gewonnen wird. Das Verhältnis von basischen zu sauren Oxiden heißt hydraulisches Modul. Es beträgt bei den handelsüblichen Zementsorten 2,3 (basisches Oxid : saure Oxide = 70 : 30). Bei Temperaturen über 1400 °C wird der so genannte Zementklinker gebildet, der vorwiegend aus Tricalcium-Silicat (3 SiO2 . CaO) besteht und beim Abbinden zu Monocalcium-Silicat und Calciumhydroxid abgebaut wird. Dabei wird Wasser in die Silicatstruktur eingebaut. Die Härte dieses Betons beruht darauf, dass bei der Hydratation gebildete, mikroskopisch kleine Kristallnadeln miteinander verwachsen und ein festes Gerüst bilden. Außerdem wandelt sich das ausgeschiedene Calciumhydroxid unter Kohlendioxidaufnahme und Wasserabgabe in Calciumcarbonat um, dessen Kristalle in das Silicat-Gerüst eingebaut werden. Beton erhärtet im Gegensatz zu Kalkmörtel auch unter Wasser.
Silicate werden ebenfalls bei der Glas-, Porzellan- und Ziegelsteinherstellung verwendet.

Versuche:
Wasseraufnahme beim Abbinden von Zement
Basische Reaktion von Zement in Wasser
Erhärten von Zementmörtel
Nachweis des in Beton gebundenen Wassers
Herstellen von Kalksandsteinen
Herstellen von Gasbeton
Verwendung von Wasserglas im Bautenschutz
Wirkung von Wasserglas als Flammschutzmittel
Elektrische Leitfähigkeit von Gläsern

Dazu haben wir eine Webseite.

Glas: Eine Unterrichtseinheit mit Experimenten


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Letzte Überarbeitung: 05. Februar 2012, Dagmar Wiechoczek