Calciumsulfat

Strukturformel
Allgemeines
Name	Calciumsulfat
Andere Namen	Gips Anhydrit E 516
Summenformel	CaSO4
CAS-Nummer	7778-18-9 (wasserfrei) 10034-76-1 Hemihydrat 10101-41-4 Dihydrat 13397-24-5 Hydrat
PubChem	24928
Kurzbeschreibung	weißer geruchloser Feststoff[1]
Eigenschaften
Molare Masse	136,11 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	2,96 g·cm−3[1]
Schmelzpunkt	Der Stoff zersetzt sich beim Erhitzen (Zersetzungstemperatur bei 700 °C)[1]
Löslichkeit	Schwer löslich in Wasser (ca. 2 g·l-1 bei 20 °C)[1]
Sicherheitshinweise
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [1] keine Gefahrensymbole R- und S-Sätze R: keine R-Sätze S: keine S-Sätze
MAK	1,5 mg·m−3[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Calciumsulfat ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Calciumverbindungen und Sulfate, dessen Dihydrat als Gips bekannt ist.

Vorkommen

Calciumsulfat kommt natürlich in Form der Mineralien Anhydrit CaSO₄, Gips Ca[SO₄]·2H₂O (Dihydrat) und Bassanit Ca[SO₄]·½H₂O (Hemihydrat) in Evaporiten vor.

Gewinnung und Darstellung

Es fällt als Dihydrat bei vielen Abwasserreinigungsverfahren, wenn es um die Neutralisation von sulfathaltigen Prozessabwässern oder schwefelsauren Beizen geht, und in großen Mengen auch bei der Rauchgasentschwefelung zusammen mit Calciumsulfit an.^[2]

Weil Calciumsulfat bei vielen chemischen Prozessen (in der Regel in Form von Gips) als Sekundärprodukt entsteht, beispielsweise bei der Citronensäureherstellung, erübrigt sich eine gezielte industrielle Herstellung im größeren Stil. Der bei der Herstellung von Phosphorsäure entstehende sogenannte Phosphorgips ist u.a. mit Uran verunreinigt und ein Problemabfall. Der klassische Prozess ist die Fällung aus schwefelsaurem Wasser mit Kalkmilch oder Kalkstein:

$\mathrm{H_2SO_4 + CaCO_3 \longrightarrow CaSO_4 + H_2O + CO_2 }$

Calciumsulfat-Modifikationen

• α-Halbhydrat (CaSO₄ • ½ H₂O) entsteht in einem geschlossenen Gefäß (Autoklav) unter Nassdampfatmosphäre beziehungsweise drucklos in Säuren und wässrigen Salzlösungen. Er ist Ausgangsstoff für härtere Gipse (Typ III, IV und V) und benötigt weniger Wasser, aber mehr Zeit zum Abbinden.
• β-Halbhydrat (CaSO₄ • ½ H₂O) entsteht beim Brennen in einem offenen Gefäß unter normaler Atmosphäre. Beim Vermischen mit Wasser erfolgt innerhalb von Minuten eine Hydratation zum Dihydrat. Er ist Ausgangsstoff für die weicheren Gipse.

Im Fall von α- und β-Halbhydrat handelt es sich um unterschiedliche kristalline Formen des Halbhydrats.

• Anhydrit III (CaSO₄ • 0,x H₂O) entsteht bei Temperaturen bis 300 °C aus dem Halbhydrat. Bei Vorhandensein von Wasser, auch Luftfeuchtigkeit, bildet sich sehr schnell Halbhydrat.
• Anhydrit II_s (CaSO₄) entsteht bei Temperaturen zwischen etwa 300 bis 500 °C, das _s steht für „schwerlöslich“. Beim Vermischen mit Wasser erfolgt die Hydratation innerhalb von Stunden und Tagen.
• Anhydrit II_u (CaSO₄) bildet sich bei Temperaturen von 500 bis 700 °C aus dem Anhydrit II_s, das u steht dabei für „unlöslich“.
• Anhydrit I (CaSO₄) ist die Hochtemperaturmodifikation des Gipses, sie bildet sich bei 1180 °C.

Eigenschaften

Calciumsulfat ist ein weißer geruchloser Feststoff, der schwer löslich in Wasser ist und sich ab einer Temperatur von 700 °C zersetzt, wobei Calciumoxid und Schwefeldioxid entstehen. Die Kristallwasserabspaltung des Dihydrats erfolgt bei 125-130 °C, die des Hemihydrats bei Temperaturen größer als 163 °C.^[1] Calciumsulfat ist in mineralhaltigem Quell-, Trink- und Leitungswasser gelöst und bildet zusammen mit Calciumchlorid und den entsprechenden Salzen des Magnesiums die permanente (bleibende) Wasserhärte. Es kristallisiert aus wässriger Lösung bei Raumtemperatur als Dihydrat (Gips) aus. Dieses kristallisiert monoklin in der Raumgruppe A2/a mit den Gitterparametern a = 6,52 Å; b = 15,18 Å; c = 6,29 Å und β = 127,4° sowie 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle.^[3] Das Halbhydrat Bassanit kristallisiert monoklin in der Raumgruppe I2 mit den Gitterparametern a = 12,04; b = 6,93; c = 12,67 und β = 90,27°^[4] sowie 12 Formeleinheiten pro Elementarzelle^[5].

Verwendung

Calciumsulfat wird zur Herstellung eines rasch wirkenden Bindemittels (Anhydritbinder), als Trockenmittel in der Industrie und im chemischen Labor verwendet.^[1] In der Lebensmittelindustrie entsteht es als Nebenprodukt bei der Herstellung von Weinsäure und ist als Festigungsmittel, Säureregulator und Trägerstoff zugelassen. Unter anderem wird es bei der Herstellung von Tofu eingesetzt.^[6] Das Dihydrat Gips wird vielfältig verwendet (Siehe dazu den Abschnitt im entsprechenden Artikel).

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d e f g h} Eintrag zu CAS-Nr. 7778-18-9 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 9. Dezember 2010 (JavaScript erforderlich)
2. ↑ Heinz M. Hiersig: Lexikon Produktionstechnik, Verfahrenstechnik. S. 805, ISBN 978-3184013738
3. ↑ Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. 9. Auflage. E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 393.
4. ↑ American Mineralogist Crystal Structure Database - Bassanite (englisch, 2001)
5. ↑ handbookofmineralogy.org - Mineraldatenblatt Bassanite (englisch, PDF 65,8 kB)
6. ↑ Das ist drin: Calciumsulfat