Kalk

Das Wort Kalk wird umgangssprachlich zur Bezeichnung verschiedener Stoffe benutzt. Einerseits ist damit das Gestein, der Kalkstein gemeint. Chemisch gesehen handelt es sich dabei um Calciumcarbonat , eine Ionenverbindung, die in der Natur in verschiedenen Formen auftritt.

In der Baustoffindustrie wird dagegen der Begriff Kalk – chemisch nicht ganz korrekt – sowohl für den sogenannten „Branntkalk“ (chemisch Calciumoxid, CaO) als auch für den sogenannten Löschkalk (chemisch Calciumhydroxid, $Ca{(OH)}_2$ verwendet.

Formen des Kalksteins

Kalkstein (Calciumcarbonat, $CaC{O}_3$) kommt in verschiedenen Formen – oft mit anderen Stoffen verunreinigt – auf der Erde vor. Aus Kalkstein sind ganze Gebirge, z. B. Teile der Alpen und der Schwäbischen Alb, aufgebaut. Dieser besteht aus mikrokristallinem Calciumcarbonat und entstand als Sedimentgestein aus den Kalkschalen prähistorischer Meeresorganismen. Daher findet man im Kalkstein häufig auch noch entsprechende Fossilien. Diese Ablagerungen wurden früher teilweise durch Sedimente überdeckt und gelangten dann durch tektonische Prozesse wieder an die Oberfläche.

Calcit oder Kalkspat ist eine kristalline Form des Calciumcarbonats und bildet meist farblose Kristalle.

Zwei besondere Formen des Kalksteins sind Marmor und Kreide.

Marmor ist Calciumcarbonat, das unter hohem Druck entstand. Grünliche, schwarze und rötliche Verunreinigungen geben ihm sein charakteristisches Aussehen. Marmor ist ein begehrter Baustoff. Besonders wertvoller Marmor wird in Carrara in der Nähe von Genua abgebaut.

Dolomit besteht aus Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat, es wird als Doppelsalz bezeichnet. Die Dolomiten in Italien bestehen aus diesem kalksteinhaltigen Mineral.

Kreide ist ein dichtkörniger, poröser Kalkstein, der sich sich in der Kreidezeit aus den Schalen von Kleinstlebewesen gebildet hat. Auch die Kreidefelsen auf Rügen sind auf diese Art entstanden. Kreide ist relativ weich und schließt oft zahlreiche Reste von Lebewesen ein.

Kalktuff und Travertin sind weitere lockere poröse Kalksteine.

Nicht nur in der Kreidezeit, auch heute noch wird Calciumcarbonat in die Gehäuse von Weichtieren eingelagert und bewirkt deren Festigkeit.

Korallen gehören zu den Hohltieren. In ihnen leben viele winzige Korallenpolypen. Diese nehmen Carbonat-Ionen aus dem Wasser auf und scheiden kalkhaltige Substanzen als Stütze nach außen ab.

Wenn die Korallen sterben, zersetzt sich das organische Material und das Kalkgerüst bleibt übrig. Da die Polypen in Kolonien zusammenleben, entstehen in langen Zeiträumen ausgedehnte und farbenprächtige Korallenriffe und Atolle.

Die Entstehung von Tropfsteinhöhlen

Betritt man eine Tropfsteinhöhle, ist man von der Formenvielfalt der Gebilde beeindruckt. Tropfsteine in den Höhlen entstanden durch sehr langsame Auflöse- und Ausfällungsprozesse von Kalkstein. Im Regenwasser wird Kohlenstoffdioxid aus der Luft gelöst. Dabei entsteht in geringem Maß Kohlensäure . Wenn das schwach saure Regenwasser durch porösen Kalkstein sickert, bildet sich leicht lösliches Calciumhydrogencarbonat.

${\text{CaCO}}_{\text{3}}{\text{ + CO}}_{\text{2}}{\text{ + H}}_{\text{2}}\text{O }\stackrel{}{\rightleftarrows }{\text{ Ca}}^{\text{2+}}{\text{ + 2 HCO}}_{\text{3}}^{\text{-}}$

Wenn dann aus dem an der Decke einer Höhle hängenden Tropfen das Wasser wieder verdunstet, bildet sich das schwer lösliche Calciumcarbonat zurück in Form der hängenden Stalaktiten. Verdunstet das Wasser an der Auftropfstelle am Boden, wachsen die Stalagmiten nach oben.

Verwendung von Kalkstein

Die Verwendung von Kalkstein ist sehr vielseitig. In der Bauindustrie wird er als Baustein und als Schotter eingesetzt. Kalkstein ist Rohstoff für die Zement-, Soda- und Glasherstellung. Weiterhin wird er als Zuschlagstoff im Hochofenprozess für die Roheisenherstellung genutzt. Hier hat er die Aufgabe, mit dem Siliciumdioxid, das als Beimengung im Eisenerz enthalten ist, die leicht schmelzende Hochofenschlacke (chemisch gesehen Calciumsilikat) zu bilden. Diese kann dann flüssig aus dem Hochofen entnommen werden.

Die Entfernung von Schwefeldioxid aus dem Rauchgas von Kohlekraftwerken (Rauchgasentschwefelung) erfolgt hauptsächlich mit einer Calciumcarbonat-Suspension (Aufschlämmung). Dabei wird Kalkstein zu Calciumsulfat-Dihydrat umgesetzt, welches als Gips in der Bauindustrie Anwendung findet.

Durch Brennen (Erhitzen auf ca. 1000°C) wird aus Calciumcarbonat Calciumoxid (Branntkalk) gewonnen, das dann u. a. zur Herstellung von Löschkalk und Kalkmörtel in der Bauindustrie dient.

${\text{CaCO}}_{\text{3}}\stackrel{1000°C}{\to }{\text{ CaO + CO}}_{\text{2}}$

In der Land- und Forstwirtschaft wird Kalksteinmehl als Dünger und zur Neutralisation versauerter Böden verwendet.