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Der erste Schritt zur Entstehung der Böden ist die Gesteinsverwitterung. Kalk- und Dolomitgestein verwittern durch den Einfluß des Kohlendioxids aus der Atmosphäre und des Wassers. Dabei wandeln sich die Carbonate in lösliche Hydrogencarbonate um. Diese Verwitterung verläuft ziemlich rasch und führt daher zu den typischen schroffen Verwitterungsformen, wie sie aus den Kalkalpen und den Karstgebieten bekannt sind (tief eingeschnitte Täler, Höhlen und Dolinen). Wasser rinnt in Kalkgebirgen vorwiegend im Inneren der Berge durch Spalten und Höhlen ab. Da das Verwitterungsprodukt Hydrogencarbonat vom Wasser als Wasserhärte abtransportiert wird, bleibt das als anorganischer Bodenbestandteil nur Carbonatgestein zurück. Dabei entstehen dünne Bodenschichten, die sich nur bei einer geschlossenen Pflanzendecke halten können. Liegt der Boden ohne Pflanzendecke offen, so wird er rasch weggeschwemmt. Eine Neubildung braucht sehr lange. Daher sind die Karstgebiete nur wenig fruchtbar. Anders verhält sich die Verwitterung der Silikate. Die geringe Löslichkeit bewirkt eine viel langsamere Verwitterung.
Kalkgestein silicatische Gesteine
schnelle Verwitterung langsame Verwitterung
schroffe Formen runde Formen
dünne Bodenschicht dicke Bodenschicht
2H(AlSi3O8) + H2O + CO2 º K2CO3 + 2H(AlSi3O8)
Kalk - Wasserenthärtung
Enthärtetes Wasser wird nicht nur im Haushalt, sondern in großen Mengen auch in der Technik benötigt. Dabei wird das Wasser meist durch Zusatz von Salzen enthärtet, die die Härtebildner in unlösliche Verbindungen überführen. Dazu dienen Soda oder Calciumhydroxid. Die Härtebildner scheiden sich als Carbonate aus, die in Lösung verbleibenden Salze sind keine Härtebildner.
Wasserenthärtung durch Ausfällen der Härtebildner
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 à CaCO3 ¯ + 2NaHCO3
CaSO4 + Na2CO3 à CaCo3 ¯ + Na2SO4
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 à 2CaCO3 ¯ + 2H2O
Auch Waschmittel enthalten Wasserenthärter. Früher verwendete man dazu Polyphosphate, wie z.B. Natriumphosphat (NTP). Diese reagieren mit dem Calcium- und Magnesium-Ionen des Wassers zu wasserlöslichen Verbindungen (Komplexe). Diese Komplexe sind so feste Verbindungen, daß die Kesselsteinbildung und Kalkseifenbildung unterbunden wird, da die Ca2+- und Mg2+-Ionen nun nicht mehr frei sind. Heute sind diese Phosphate stark eingeschränkt, da sie Gewässerbelastungen herbeiführen.
Als Wasserenthärter in den heutigen Waschmitteln dient SASIL (Sodium-Aluminium-Silicate = Natrium). Dieses wirkt als Ionenaustauscher und ersetzt die Härtebildner durch Natriumionen.
KALK - Wasserhärte
Auch Süßwasser ist nicht frei von gelösten Salzen, die aus dem Boden aufgenommen werden. Den größten Anteil davon bilden meist Calcium- und Magnesiumsalze, die man als Wasserhärte bezeichnet. Sie gelangen durch Verwitterung von Kalk und Dolomit in das Wasser. Dabei entstehen die löslichen Salze Calcium- und Magnesiumhydrogencarbonat. Auch Calciumsulfat aus dem Gipsgehalt im Boden findet sich im Wasser gelöst.
Diese Härtebildner des Wassers haben eine wichtige Bedeutung. Völlig reines Wasser wäre über längere Zeiträume als Trinkwasser ungeeignet, da der Organismus einen Teil seiner Mineralstoffversorgung über das Trinkwasser bezieht. Reines Wasser würde dem Organismus sogar Mineralstoffe entziehen.
So wichtig die Härtebildner für Trinkwasser sind, so unangenehm wirken sie sich bei höherer Konzentration bei der Bereitung von Warmwasser aus. Beim Erhitzen kehrt sich die Reaktion der Carbonverwitterung um, und es entstehen aus den Hydrogencarbonaten wieder die wasserlöslichen Carbonate, da CO2 aus dem heißen Wasser entweicht und so dem Gleichgewicht der Reaktion entzogen wird.
Ca(HCO3)2 à CaCO3 + H2O + CO2
Ca(HCO3)2 + Mg(HCO3)2 à CaCO3.MgCO3 + 2H2O + 2CO2
Dieser Vorgang heißt Kesselsteinbildung, da sich Kessel zur Heißwasserbereitung so mit einer Schicht Kalk überziehen. Durch den Kesselstein werden Heizstäbe in Warmwasserboilern und Waschmaschinen zerstört, Wasserleitungsrohre in ihrem Querschnitt verengt und Armaturen angegriffen. Daher ist es notwendig, bei hoher Wasserhärte Enthärtungsanlagen zu installieren. Auch in der Technik schafft die Kesselsteinbildung Probleme. Daher muß Wasser für Dampfkessel und Kraftwerke enthärtet werden.
Ein weiterer Nachteil von hartem Wasser ist seine Reaktion mit Seife. Seife besteht aus Natriumsalzen von Fettsäuren. Diese sind wasserlöslich. Im harten Wasser entstehen daraus die unlöslichen Calcium- und Magnesiumsalze der Fettsäuren, die Kalkseife. Hartes Wasser verringert die Waschwirkung von Seifen. Die unlöslichen Kalkseifen führen beim Waschen mit Seifenflocken zu einer zusätzlichen Anschmutzung der Wäsche. Daher enthalten Waschmittel immer Wasserenthärter. Auch der schmierige Belag, der in Badewannen und Waschbecken entsteht, ist Kalkseife.
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