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Entkalken bzw. Entkalker - chemsche Anwendungen im Alltag:

Allgemeines über Kalk und Kalkbildung

Kalk entsteht im Wesentlichen, dass durch den sauren Regen bzw. Kohlensäure (gebildet aus Luft un Wasser) Carbonatgestein im Erdboden gelöst wird und diese Stoffe über das Grundwasser in den Haushalt gelangen. So beobachten wir Kalkablagerungen fast auf allen Gegenständen, die dauerhaft mit Wasser in Berührung kommen. Die durch Kalk am häufigsten betroffenen Geräte im Haushalt sind Waschmaschine, Kaffeemaschine und Wasserkocher. Kalk (Calciumcarbonat, CaCO3, ist eine in Wasser schwerlösliche Verbindung) kennen wir alle aus dem Haushalt und viele Menschen empfinden Kalkflecken an Geräten als ein Schönheitsmakel. Aber Kalkablagerungen beispielsweise an den Heizstäben von Wasserkochern oder Waschmaschinen sind nicht nur ein Schönheitsmakel, sondern auch eine Umweltbelastung. Durch den Kalk an den Heizstäben wird mehr Energie zum Erhitzen des Wassers benötigt (siehe hierzu das Kapitel: Nachteile von hartem Wasser). Kalkablagerungen ist aber (nicht nur) ein Problem für umweltbewusste Menschen, sondern auch für alle. Calcium ist nicht nur für menschlichen Organismus lebensnotwendig, sondern auch für Bakterien. Daher bilden einen Kalkablagerungen (vor allem in Küchengeräten) einen idealen Nährboden für Bakterien. 

Kalk bzw. Kalkablagerungen können wir mit (kommerziellen) Entkalker entfernen, die man einfach im Supermarkt kaufen kann. Betrachten wir uns das Etikett von typischen Entkalkern, so enthalten diese oft Zitronensäure oder Essigsäure. Im folgenden Kapitel betrachten wir das Entfernen von Kalk- bzw. Kalkablagerungen mit einfachen Haushaltsmitteln.



Typische Haushaltsmittel als Entkalker

Calciumcarbonat bzw. Kalk ist eine typische Base und müsste (gemäß der Säure-Base-Theorie) daher mit einer beliebigen Säure reagieren und so entfernt werden können. Typische Säuren aus dem Schulunterricht wie Salzsäure oder Schwefelsäure haben die meisten nicht zu Hause. Aber, wie wir in einfachen Experimenten beobachten können, reichen Essigsäure und Zitronensäure als (im Haushalt verfügbare) Säuren völlig aus, um mit der Base Kalk zu reagieren.

Reagiert eine Säure und Base miteinander, so kommt es zur Neutralisationsreaktion, es bildet sich Wasser und das entsprechende Salz, dass mit Wasser weggespült werden kann.


Entkalken mit Essig(säure)

Kalk mit Essigsäure entfernen ist nicht nur ein beliebter Schulversuch in Chemie, sondern wahrscheinlich auch das am häufigsten verwendete Hausmittel zum Entkalken. Je nachdem wie "stark" die Kalkablagerungen" bereits sind, kann man Essig oder Essigessenz verwenden. Essigessenz hat eine höhere Konzentration an Essigsäure und empfiehlt sich daher bei stärkeren Kalkablagerungen (=> siehe hierzu auch Kapitel "Essig und Essigessenz). Allerdings sollte man berücksichtigen, dass Essigessenz bereits eine hohe Konzentration an Essigsäure aufweist und daher auch (wie von typischen Säuren bekannt) Metalle oder andere Stoffe (wie Polymere) "angreifen" und mit diesen reagieren kann. So reagiert beispielsweise Essigsäure mit Kupfer zu Kupferacetat (=> bekannt auch als Grünspan, das äußerst gesundheitsschädlich ist). Da mehr Metalle bzw. Legierungen "Kupfer" enthalten, sollte man be der Verwendung von Essigessenz als Kalkreiniger immer etwas vorsichtig sein. Beispielsweise enthält die Legierung Messung Kupfer, dass mit Essigsäure reagieren kann (unter Bildung von Kupferacetat).

Haben die Kalkablagerungen noch nicht "Über Hand genommen", so lässt sich normaler Haushaltsessig zum Entkalken verwenden, ist die Kalkablagerung "größer" so empfiehlt es sich, Essigessenz zu verwenden, um beispielsweise die Kaffeemaschine oder den Wasserkocher zu entkalken. Damit die Kaffeemaschine oder der Wasserkocher nicht durch Essigsäure "angeätzt" werden, empfiehlt sich eine Verdünnung der Essigessenz mit Wasser im Verhältnis 1:3 bis 1:4. Hiermit kann sichergestellt werden, dass die Haushaltsgeräte keinen Schaden nehmen. Wird erstmals eine Entkalkung eines Haushaltsgerätes mit Essig ausprobiert, so empfiehlt sich auch hier eine Verdünnung mit Wasser im Verhältnis 1:2 bis 1:3 (damit man die Wirkung besser abschätzen kann).



Entkalken mit Zitronen(säure)

Zitronensäure als Entkalker bzw. Entkalkungsmittel wird immer beliebter, zum einen liegt das an dem "üblich Geruch" von Essigsäure, der nach dem Entkalken teilweise noch länger anhält. Zitronensäure als typische Säure ist ebenfalls in der Lage mit Kalk zu reagieren und diesen "aufzulösen". Hinweis hierbei: Zitronensaft eignet sich nicht bzw. kaum als Entkalker, da in Zitronensaft teilweise wenig Zitronensäure enthalten ist (dies ist ebenfalls ein beliebter Versuchsteil in Schülerversuchen).

Im Gegensatz zu Essigsäuren ist (reine) Zitronensäure ein Feststoff, den man (fast) in jedem Supermarkt kaufen kann. Daneben gibt es noch Zitronensäure in flüssiger Form (wässrige Lösungen unterschiedlicher Konzentration). Für (konzentrierte) Zitronensäure gilt ansonsten das Gleiche wie für die Verwendung von Essigessenz als Entkalker. Vor dem Verwenden muss die Säure verdünnt werden, in konzentrierter Form kann die Säure Metalle angreifen und die Haushaltsgeräte schädigen.

Weiterer Hinweis: Bei der Verwendung von Zitronensäure tritt ein Phänomen auf, dass so bei der Entkalkung mit Essigsäure nicht existiert. Versucht man nach der Neutralisation von Kalk mit Zitronensäure den "Reaktionsrückstand" mit heißem Wasser "wegzuspülen" beobachtet man (meist ist eine Lupe notwendig), dass sich eine "weisse, schwerlösliche Verbindung" bildet. Hierbei bildet sich nicht wieder der Kalk (Calciumcarbonat) zurück, sondern es bildet sich Calciumcitrat, dass wie Kalk (in Wasser) schwerlöslich ist.

In Schülerversuchen stößt dieses Phänomen immer auf großes Interesse: wie lässt sich der Bildung von Calciumcitrat bei Verwendung von heißem Wasser erklären und bei kalten Wasser die Bildung von Calciumcitrat kaum beobachten?

Diese Frage erscheint auf den ersten Blick logisch, schließlich steigt die Löslichkeit eines Salzes (wie auch Calciumnitrat) mit steigender Temperatur. Die Löslichkeit von Calciumnitrat ist also bei Wassertemperaturen von 20°C niedriger, als bei 50°C. Daher müsste die Bildung von schwerlöslichem Calciumcitrat eher bei tiefen Temperaturen beobachtbar sein, als bei höheren Temperaturen.

Erklären lässt sich dieses Phänomen dadurch, dass in der Regel ein Überschuss an Zitronensäure hinzugegeben wird, um auch vollständig den Kalk zu lösen bzw. zu entfernen. Wir haben bei Raumtemperatur also Vorliegen (nach der Neutralisationsreaktion): Calciumionen, Zitrationen, Wasser und Zitronensäure (das gebildete Kohlendioxid entweicht in die Gasphase).

CaCO3 + 2HZit => H2O +  CO2 + Ca2+  + 2Zit-

Zitronensäure ist allerdings eine typische niedermolekulare organische Verbindung und daher bei höheren Temperaturen nicht stabil. Bei höheren Temperaturen (und dies ist bereits bei Temperaturen von 50°C möglich) beginnt sich die Zitronensäure zu zersetzen, wobei sich Zitrationen bilden. Anstelle von Calciumionen, Zitrationen, Wasser und Zitronensäure (bei niedrigeren Temperaturen) bildet sich nun Calciumionen, Zitrationen, Wasser und Zitrationen / Zitronensäure. In der Chemie haben wir dieses Phänomen als "gleichionigen Zuatz" kennengelernt, es kommt dadurch zur Bildung bzw. Ausfallen (aus der Lösung) der schwerlöslichen Verbindung.

Daher sollte man bei Verwendung von Zitronensäure als Entkalkungsmittel niemals die "Reaktonsrückstände" mit heißem Wasser nachspülen. Bei kommerziellen Entkalkern (auf Basis von Zitronensäure) finden wir hierzu auch den passenden Hinweis: "Nur für Kaltentkalkungen geeignet":