Temporäre und permanente Wasserhärte
Welche gelösten Calciumsalze die temporäre und die permanente Wasserhärte verursachen und was mit ihnen beim Erhitzen geschieht.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Wasserhärte ist der Gehalt an gelösten \(\ce{Ca^2+}\)- und \(\ce{Mg^2+}\)-Ionen, aufgeteilt in Carbonat- und Nichtcarbonathärte.
- Die temporäre Härte wird durch gelöstes \(\ce{Ca(HCO3)2}\) verursacht, das sich aus Kalk, \(\ce{CO2}\) und Wasser bildet.
- Beim Erhitzen entweicht \(\ce{CO2}\) und \(\ce{CaCO3}\) fällt als Kesselstein aus.
- Die permanente Härte beruht vor allem auf gelöstem \(\ce{CaSO4}\) und bleibt beim Kochen erhalten.
- \(\ce{CaCO3}\) ist schwer löslich und verursacht selbst keine Härte, weder temporäre noch permanente.
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Worum es geht
Hartes Wasser enthält viele gelöste Erdalkaliionen. Ein Teil dieser Härte verschwindet beim Kochen und hinterlässt Kesselstein, ein anderer Teil bleibt. Diese Unterscheidung folgt direkt aus der Löslichkeit von Carbonaten, Hydrogencarbonaten und Sulfaten.
Was ist Wasserhärte
Regenwasser nimmt aus Luft und Boden \(\ce{CO2}\) auf. Beim Versickern löst es Kalkstein und Gips aus dem Gestein. So gelangen vor allem \(\ce{Ca^2+}\) und \(\ce{Mg^2+}\) ins Grundwasser.
Die Wasserhärte ist der Gehalt eines Wassers an gelösten Erdalkaliionen, praktisch an \(\ce{Ca^2+}\) und \(\ce{Mg^2+}\). Die Gesamthärte setzt sich aus Carbonathärte und Nichtcarbonathärte zusammen.
Welcher Anteil welcher ist, entscheidet das Gegenion. Bestimmt wird die Härte komplexometrisch über Chelatkomplexe.
Temporäre Härte
Die temporäre Härte oder Carbonathärte beruht auf gelöstem Calciumhydrogencarbonat \(\ce{Ca(HCO3)2}\), daneben auf Magnesiumhydrogencarbonat. Es entsteht, wenn \(\ce{CO2}\)-haltiges Wasser auf Kalk trifft:
\[\ce{CaCO3 + CO2 + H2O <=> Ca^2+ + 2 HCO3-}\]
Leitet man \(\ce{CO2}\) in eine Suspension von Calciumcarbonat ein, löst sich der Feststoff deshalb als Hydrogencarbonat. \(\ce{CaCO3}\) selbst ist schwer löslich. Es ist darum das Produkt, nicht die Ursache der Härte.
Beim Erhitzen sinkt die Löslichkeit von \(\ce{CO2}\) im Wasser. Das Gas entweicht, und das Gleichgewicht verschiebt sich nach links. Calciumcarbonat fällt aus, und beim Abkochen wird \(\ce{CO2}\) frei. Der Niederschlag ist der Kesselstein in Wasserkocher und Heizkessel. Die Härte lässt sich also wegkochen, daher der Name.
Die Abbildung zeigt diesen Kreislauf: Lösen mit Kohlensäure, Ausfällen durch Erhitzen.
Wird im Examen gerne gefragt: Die temporäre Härte verursacht gelöstes \(\ce{Ca(HCO3)2}\), nicht \(\ce{CaCO3}\). Achte darauf, dass Calciumcarbonat erst beim Erhitzen als Kesselstein entsteht, Calciumsulfat und Calciumchlorid gehören zur bleibenden Härte.
Permanente Härte
Die permanente Härte oder Nichtcarbonathärte übersteht das Kochen. Sie beruht vor allem auf gelöstem Calciumsulfat \(\ce{CaSO4}\), das aus Gips stammt. Auch Chloride von Calcium und Magnesium tragen bei. Diese Salze enthalten kein Hydrogencarbonat, das beim Erhitzen \(\ce{CO2}\) abgeben könnte. Beim Kochen bleiben die Ionen deshalb in Lösung.
Andere Calciumsalze passen nicht in dieses Bild. \(\ce{CaCO3}\) zählt hier nicht, denn es ist zu schwer löslich und bildet sich erst beim Abkochen. \(\ce{CaSO3}\) ist ebenfalls schwer löslich und kommt im Grundwasser nicht vor. Calciumhydrogensulfat \(\ce{Ca(HSO4)2}\) existiert nur in stark saurer Lösung und tritt in natürlichem Wasser nicht auf. Zur Löslichkeit der Sulfate findest du dort mehr.
Quiz
Aussage 1
Beim Abkochen einer Calciumhydrogencarbonat-Lösung entweicht \(\ce{CO2}\), und Calciumcarbonat fällt aus.
Das Austreiben von \(\ce{CO2}\) verschiebt das Gleichgewicht zum schwer löslichen \(\ce{CaCO3}\), das als Kesselstein ausfällt.
Aussage 2
Die temporäre Härte des Wassers beruht auf gelöstem Calciumcarbonat, das beim Kochen ausfällt.
\(\ce{CaCO3}\) ist schwer löslich und entsteht erst beim Erhitzen. Ursache der temporären Härte ist gelöstes \(\ce{Ca(HCO3)2}\).
Aussage 3
Calciumsulfat verursacht eine Härte, die sich durch Kochen nicht beseitigen lässt.
\(\ce{CaSO4}\) enthält kein Hydrogencarbonat, gibt beim Erhitzen kein \(\ce{CO2}\) ab und bleibt gelöst. Es ist der Hauptbildner der permanenten Härte.
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