Kalk

Inhaltsverzeichnis


  1. Wasserhärte

  2. Definitionen


  1. Verkalkungen - Wasserenthärtung
    und Entfernen von Kalk bzw. Kesselstein

Wasserhärte

Das Auftreten von Kalk ist umso wahrscheinlicher je härter das Leitungswasser ist, da in solchem mehr Mineralien gelöst sind.

Die Wasserhärte bezeichnet die Äquivalentkonzentration der im Wasser gelösten Ionen der Erdalkalimetalle* (die Elemente der 2. Hauptgruppe des Periodensystems). Zu diesen „Härtebildnern“ zählen vor allem: Magnesium (Mg) und Calcium (Ca), sowie in Spuren Strontium- (Sr) und Bariumionen (Ba). Gelöste Härtebildner können unlösliche Verbindungen bilden, das sind insbesonders Kalk und Kalkseifen.

Für menschliche Körper sind Magnesium und Calcium essentiell – er enthält 0,47g/kg Magnesium und 15g/kg Calcium. Jedoch spielt das Trinkwasser für die Versorgung des Körpers mit diesen Elementen eine untergeordnete Rolle. Wie Calcium ist auch Strontium in den Knochen enthalten, es hat aber keine spezielle physiologische Bedeutung.

* (Die Bezeichnung Erdalkalimetalle leitet sich von den Alkalimetallen und den Erdmetallen ab, den beiden benachbarten Hauptgruppen)


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Entstehung

Wasserhärte bildet sich beim Durchtritt des Wassers durch Böden und/oder Grundwasserleiter (Aquifere; Gesteinskörper mit Hohlräumen, geeignet zur Leitung von Grundwasser). Welche und wie viel Härtebildner im Wasser gelöst sind hängt daher stark vom geologischen Untergrund ab, was die geografische Verteilung der Wasserhärte erklärt.

Regenwasser (dessen Härte üblicherweise nahe Null liegt), kann nur wenn die Atmosphäre kalkhaltige Staubpartikel enthält ausnahmsweise Härtebildner aufnehmen.


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Gesamthärte

Bezeichnet die Summe der Konzentrationen von Kationen (positiv geladene Ionen die so bezeichnet werden, weil sie sich bei der Elektrolyse zur negativ geladenen Kathode bewegen) von Erdalkalimetallen im Wasser. Kationen bilden mit den ins Wasser eingebrachten Seifen unlösliche Kalkseifen, welche die Reinigungswirkung vermindern und sich auf Oberflächen der Textilien als schwer entfernbare graue Ablagerungen absetzen.

Seifen, die zu den anionischen Tensiden zählen, sind besonders empfindlich gegenüber hartem Wasser - hingegen wird die Waschleistung der modernen Tenside in Waschmitteln kaum von der Wasserhärte beeinträchtigt. Denoch enthalten Waschmittel etwa 30 % Substanzen die hartes Wasser enthärten.


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Carbonat-Härte (temporäre Härte)

Die Konzentration an Hydrogencarbonationen HCO3- (und der dazu äquivalentenTeil der Erdalkalimetallione) wird als Carbonat-, temporäre oder vorübergehende Härte bezeichnet und ist in Bezug auf die Wasserhärte von spezieller Bedeutung.

Wasser das genau so viel Kohlenstoffdioxid enthält das kein Kalk abgeschieden aber auch kein Kalk gelöst werden kann, befindet sich im sogenannten Kalkkohlensäure-Gleichgewicht. Wird einem solchen Wasser Kohlenstoffdioxid entzogen, bilden sich schwer lösliche Verbindungen wie Calcit (Ca[CO3]) und Dolomit (CaMg[CO3]2) in Form schwer löslichen Mischcarbonats (Kesselstein, Seekreide). Dieser Prozess wird von dem temperaturabhängigen „Calciumcarbonat-Kohlensäure-Kohlenstoffdioxid-Gleichgewicht“ (Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht) bestimmt, durch welches sich auch die Ablagerungen bei der Bereitung von Heißwasser (bspw. bei Kaffeemaschinen und Kochtöpfen - siehe auch: Kochgeschirr entkalken) bilden.

Ein entsprechender Prozess findet in Gewässern aufgrund des von Wasserpflanzen und Planktonalgen durch die Photosynthese verursachten Verlustes an Kohlenstoffdioxid statt (die so genannte „biogene Entkalkung“).


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Nichtcarbonat-Härte (permanente Härte)

Nichtcarbonat-, permanente oder bleibende Härte, bezeichnet jenen Teil der Gesamtwasserhärte welcher nicht an Hydrogencarbonat bzw. Carbonat gebunden ist (sondern durch Anionen wie bspw. Chloride, Nitrate und Sulfate ausgeglichen/„gebunden“ ist) und somit nicht als Calcium- oder Magnesiumcarbonat aus dem Wasser abgeschieden werden kann.

Die unterschiedlichen Konzentrationen der Anionen geben Auskunft über die Herkunft dieser Anteile, spielen in Bezug auf die Wasserhärte aber keine Rolle - jedoch beeinflusst die permanente Härte entscheidend das Fällungsverhalten der Carbonathärte-Anteile. Denn die erhöhten Konzentrationen an Calcium und Magnesium erhöhen die Schwellenwerte (bspw. der „zugehörigen Kohlensäure“) für das Eintreten der härtetypischen Fällungsreaktionen. Die Summe der getrennt bestimmten Magnesium- (Magnesiumhärte) und Calciumionen (Calciumhärte) Konzentrationen, entspricht außerdem annähernd der Gesamtwasserhärte.


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Weiches Wasser

Kommt in Regionen mit Basalt, Gneis und Granit-Gesteinen vor – auch Regenwasser ist weich.

Weiches Wasser eignet sich besonders in allen Bereichen wo Wasser erhitzt wird, aber auch zum Waschen von Textilien, Gießen von Pflanzen usw. Die Nachteile von weichem Wasser sind die starke Schaumentwicklung bei Waschmitteln und die schwere Lösbarkeit von Seife (wie bspw. beim Händewaschen).


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Hartes Wasser

Kommt vor allem in Regionen vor, in denen Sand- und Kalkgesteine vorherrschen.

Hartes Wasser erhöht den Verbrauch von Spül- und Waschmitteln und beeinflusst (je nach Härtegrad positiv oder negativ) das Aussehen und den Geschmack empfindlicher Nahrungsmittel und Getränke (wie bspw. Tee) und verursacht die Verkalkungen bei Haushaltsgeräten.


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Einheiten der Wasserhärte


°dH °e °fH ppm mval/l mmol/l

Deutsche Grad

1 °dH = 1 1,253 1,78 17,8 0,357 0,1783

Englische Grad

1 °e = 0,798 1 1,43 14,3 0,285 0,142

Französische Grad

1 °fH = 0,560 0,702 1 10 0,2 0,1

ppm CaCO3

(USA)
1 ppm = 0,056 0,07 0,1 1 0,02 0,01

mval/l Erdalkali-Ionen

1 mval/l = 2,8 3,51 5 50 1 0,50

mmol/l Erdalkali-Ionen

1 mmol/l = 5,6 7,02 10,00 100,0 2,00 1


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Härtebereiche

Das Wasser in den Voralpen, den Alpen und auf der Alpensüdseite ist üblicherweise sehr weich bis weich,
im Jura ist es mittelhart und im Mittelland hart bis sehr hart.

°dH
(vor 2007)
mmol/l
(vor 2007)
°dH
(nach 2007)
mmol/l
(nach 2007)
Härtebereich
bis 7,3 bis 1,3 < 8,4 < 1,5 weich (1)
7,3 – 14 1,3 – 2,5 8,4 - 14 1,5 – 2,5 mittel (2)
14 – 21,3 2,5 – 3,8 > 14 > 2,5 hart (3)
> 21,3 > 3,8 sehr hart (4)

Bei Wasser ab dem Härtebereich 3 (hart) sollte bei Temperaturen ab 60 °C ein phosphatfreier Enthärter
hinzugefügt werden. Die örtliche Wasserhärte kann bei den Wasserversorgungsunternehmen in Erfahrung
gebracht werden (manchmal steht sie auch auf der Wasserrechnung).


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°fH mmol/l Härtebereich
0 - 7 0 – 0,7 sehr weich
> 7 - 15 > 0,7 – 1,5 weich
> 15 – 25 > 1,5 – 2,5 mittelhart
> 25 - 32 > 2,5 – 3,2 ziemlich hart
> 32 – 42 > 3,2 – 4,2 hart
> 42 > 4,2 sehr hart


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Definitionen



Kalkseifen

sind in Wasser schwer lösliche Calcium- oder Magnesium-Salze, meist von Fettsäuren, die sich bei der Verwendung von Seifen in hartem Wasser bilden. Seifen zählen zu den anionischen Tensiden (Substanzen die die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit herabsetzen), welche sehr empfindlich gegenüber hartem Wasser sind.

Da sich durch sie die aktive Seifenmenge verringert, wird die Waschwirkung vermindert - außerdem setzen sie sich auf Oberflächen ab und bilden schwer entfernbare graue Ablagerungen (Vergrauung).

Die meisten handelsüblichen Reinigungsmittel enthalten keine bzw. wenig Seife sondern waschaktive Substanzen auf Basis nichtionischer Tenside – sie bilden wenig bis keine Kalkseifen und behalten so auch in hartem Wasser ohne Enthärter ihre Waschwirkung. Ein Nachteil der Tenside ist das sie die Haut wesentlich stärker entfetten (welche dadurch schnell austrocknet) und sie so durchlässiger machen (z.B. für Konservierungsmittel, Farb- und Duftstoffe).

Kalkseifen werden u.a. auch zur Herstellung von Kosmetikprodukten verwendet, in manchen Waschmitteln wir die Bildung kleinerer Mengen von Kalkseife genutzt um eine zu starke Schaumbildung zu vermeiden. Die Lebensmittelzusatzstoffe mit den Nummern E 470a (die Calcium-Salze von Speisefettsäuren, Natrium- und Kalium-Salze) und E 470b (Magnesiumsalz von Speisefettsäuren) sind in der EU ohne Höchstmengenbeschränkung (quantum satis) allgemein für Lebensmittel zugelassen. Sie dienen als Emulgatoren, Stabilisatoren, Trennmittel, Überzugsmittel bzw. als Trägersubstanzen für andere Zusatzstoffe und Aromen.

Auch wenn die Rohstoffe aus gentechnisch veränderten Pflanzen gewonnen wurden, wird das beim Endprodukt in der Regel nicht deklariert.


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Kesselstein

bildet feste Ablagerungen an den Wänden von beispielsweise Heizkesseln (insbesondere auf den Heizflächen), Töpfen oder auch Rohrleitungen, welche über einen längeren Zeitraum mit Wasser befüllt waren. Kesselstein besteht meist aus den Erdalkalisalzen Calciumcarbonat (auch kohlensaurer Kalk, eine chemische Verbindung der Elemente Calcium, Kohlenstoff und Sauerstoff - chemische Formel: CaCO3) und Magnesiumcarbonat (MgCO3).

Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat zusammen sind hauptsächlich für die Entstehung der Wasserhärte verantwortlich. Neben den Calcium- und Magnesiumionen zählen in Spuren auch Strontium- und Bariumionen zu den „Härtebildnern“ – gelöst können diese unlösliche Verbindungen bilden, besonders Kesselstein und Kalkseifen.


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Urinstein

bezeichnet kristalline, gelblich-braune Ablagerungen, die durch eine chemische Reaktion von kalkhaltigem Wasser (Spülwasser) und Urin in Toiletten und Urinalen entstehen.

Dabei verbindet sich der im Wasser gelöste Kalk mit dem Urin und der Harnsäure als Katalysator, zu einer unlöslichen Kalk-Magnesiaverbindung (eine Mischung aus Carbonaten, Oxalaten, Phosphaten und Sulfaten) – die dabei entstehenden Feststoffe (die Mineralien Struvit, Hydroxylapatit und Kalzit), werden erst durch einen hohen pH-Wert (verursacht durch beteiligte Bakterien die wichtig für den Harnstoffabbau sind) fest. Aufgrund des niedrigen pH-Werts, kann bei reinem Urin kein Urinstein entstehen.


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