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Salz - Ein Natürlicher Rohstoff - Referat
SALZE
Das Wort Salz kommt aus dem Indogermanischen, und bedeutet ungefähr so viel wie „das Schmutziggraue.“ Salze sind chemische Verbindungen die aus positiv geladenen Kationen und negativ geladenen Anionen bestehen. Die Ionen bilden gemeinsam ein Ionengitter.
Stoffe werden als Salze bezeichnet, wenn ionische Bindungen zwischen den Teilchen der Verbindung vorliegen.
Es gibt anorganische Salze, und organische Salze.
Die Kationen der anorganischen Salze bestehen häufig aus Metallen, die Anionen dagegen aus Nichtmetallen, oder deren Oxide. Ein bekanntes Beispiel für anorganische Salze ist zum Beispiel Natriumchlorid, unser Kochsalz.
Als organische Salze werden alle Verbindungen bezeichnet, bei denen mindestens ein Anion oder Kation eine organische Verbindung ist. Die Anionen dieser Salze stammen von den organischen Säuren ab. Ein Beispiel ist hier die Essigsäure.
EIGENSCHAFTEN
Beinahe fast alle Salze sind bei Raumtemperatur Feststoffe. Durch ihr festes Ionengitter haben Salze eine sehr hohe Schmelz- wie Siedetemperatur. Sie sind oft sehr hart und spröde, bei mechanischer Bearbeitung weisen sie glatte Bruchkannten auf. Vor allem Salze bilden sehr tolle Kristalle, trotzdem ist nicht jeder kristalline Stoff auch gleichzeitig ein Salz. So bildet z.B. Zucker auch Kristalle aus, besteht aber keineswegs aus einem Ionengitter und zählt auch nicht zu den Salzen. Etliche Salze lösen sich in Wasser auf, wobei sie kaum löslich in organischen Lösungsmitteln wie Benzol oder Alkohol sind. Wenn Salze in Wasser gelöst werden, kann der pH -Wert der jeweiligen Lösung verändert werden. Hierbei spricht man von basischen, oder sauren Salzen. Salzkristalle im festen Zustand sind elektrische Isolatoren.
Flüssiges Salz oder durch Wasser gelöste Salze leiten hingegen den elektrischen Strom aufgrund ihrer frei beweglichen Ionen, die als Ladungsträger dienen, sehr gut. Man spricht von Elektrolyten.
KALISALZ
Das in mehreren Regionen Deutschlands abgebaute Salz Kalisalz besteht aus vielen Salzmineralien. Vorwiegend sind Kaliumverbindungen enthalten, wie auch die wichtigen Bestandteile Halit (NaCl), Sylvin (KCl), Carnallit und Kieserit. In der Industrie werden aber zum Großteil aber nur Kaliumchlorid und Magnesiumsulfat genutzt. Abgebaut wird es vor allem durch untertägigen Bergbau entweder konventionell durch Bohr- und Schießarbeit oder maschinell mittels Teil- und Vollschnittmaschinen. Trotzdem gibt es auch Versuche, wie in Bleicherode, Kalisalz durch Solung über Bohrlöcher zu gewinnen. Die typische orange-rote bis rostbraune Farbe des Salzes ist auf die eingelagerten Eisenoxide zurück zu führen. Es ist vor ca. 250 Mio. Jahren durch das Verdunsten flacher Meerwasserbecken, deren Bildung durch tektonischen Plattenbewegungen verursacht wurden, entstanden. Bei Temperaturen von 25–40 Grad Celsius und einer Tiefe von 400–1.500 Metern wird Kalisalz abgebaut.
Die größten Vorkommen sind in Russland, der Ukraine, Kanada und in den USA zu finden, jedoch auch in kleineren Mengen in der deutschen Rhön, im Salzbergwerk Merkers. Mit einer Gesamtlänge des Streckennetzwerkes von 4600 km und einer größten Tiefe von etwa 800 m gehört es heute zur K+S Kali GmbH. Am Ende des 2. Weltkrieges wurden hier große Teile des Reichbankgoldes, Bargeld und viele Kunstgegenstände versteckt (unter anderem die Büste der Nofretete).
Obwohl auf der ganzen Welt an einem Tag bis zu 30 000 – 35 000 Tonnen Rohsalz abgebaut werden, sind davon nur ca. 3 % Kalisalz, welches weiterverarbeitet und verkauft werden kann. Der entstehende Rest, bestehend aus mit Ton verunreinigtem Steinsalz, wird nicht genutzt und auf so genannten Abraumhalden wie z.B. in Philippsthal gelagert. Sie stellen ein großes Problem für die Umwelt dar, da das Salz mit dem Regen abgewaschen wird, und so durch den Boden in das Grundwasser gelangt, so werden wiederum Oberflächengewässer verunreinigt.
Qualitativ hochwertigeres, zu 99 % aus Kaliumchlorid bestehendes Kalisalz wird in der Medizin als Kaliummanganat zur Desinfektion, aber auch in der chemischen Industrie und im Winter anteilmäßig als Auftausalz eingesetzt.
VORKOMMEN
In Deutschland ist Kalisalz vor allem in Sachsen-Anhalt, Niedersachsen und in Thüringen zu finden. Weltweit große Vorkommen von Kalisalz liegen vor allem in Russland und in Kanada, aber auch in China und in Südamerika. Obwohl im Moment scheinbar noch sehr große Salzvorkommen auf der Erde vorhanden sind, bedeutet dies nicht, dass wir verschwenderisch mit ihnen umgehen können. Jeder Bewohner dieses Planets sollte natürlich vorkommende, und somit nicht nachwachsende Ressourcen sehr sparsam nutzen und nicht verschwenderisch mit ihnen umgehen.
NUTZUNG
Wie wir ja alle wissen, braucht der Mensch Salz zum Überleben. Mehrere Studien beweisen, dass der normale Durchschnittsdeutsche 6,9 – 7,9 g pro Tag an Natriumchlorid - Salz verzehrt. Dieses Salz wird in unserem Körper vorwiegend für die Bildung von Salzsäure im Magen, für den Blutkreislauf, für die Erregbarkeit der Muskeln und Sehnen und für den Wasserhaushalt benötigt. Ebenfalls ist es ein in der Industrie stark genutzter Rohstoff, wie zum Beispiel für die Chloralkali-Elektrolyse. Vor allem aber auch als Gewerbesalz für Regenerierungsvorgänge zur Wasserenthärtung, als Konservierungsmittel in Laboren oder in der Medizin, und zum Aussalzen von wasserlöslichen Farbstoffen in der Pigmentherstellung werden Salze wie Natriumchlorid und Kaliumverbindungen (z.B. Kaliumsulfat) genutzt. Sogar in der Öl- und Gasgewinnung wird Kaliumchlorid als wesentlicher Bestandteil von Bohrspüllösungen verwendet und dient der Bohrlochstabilisierung. Von Kalisulfat wird ebenfalls sehr häufig in der Baustoffindustrie Gebrauch gemacht, um als Anreger für Estriche, Spezialgipse und Gipskartonplatten zu fungieren. In chemischen Laboren können mithilfe von NaCl Kältemischungen hergestellt werden, um Wassertemperaturen von bis zu -21 °C zu erreichen.
STREUSALZ
Streusalz, oder Auftausalz, ist ein Salzgemisch, welches in Winter auf den Straßen weltweit gestreut wird, um die Straße von Schnee bzw. Eis zu befreien. Es besteht zu mind. 94 % aus Steinsalz (also Natriumchlorid), zudem sind natürliche Nebenmineralien wie Calciumsulfat, Magnesiumsulfat, Kaliumchlorid oder Ton enthalten. Die Wirkung des Streusalzes beruht auf dem physikalisch – chemischen Effekt der molaren Schmelzpunkterniedrigung, durch den der Gefrierpunkt einer Flüssigkeit (in dem Fall das Wasser in Form von Schnee oder Eis) abnimmt, je mehr Teilchen in ihr gelöst sind. Hierbei sind es die Ionen des Salzes. So kann der natürliche Gefrierpunkt des Wassers bis auf -21° C abgesenkt werden.
In Thüringen allein wurde im Winter 2012/2013 eine Menge an Streusalz in Höhe von 150 000 Tonnen verbraucht. Hier im Wartburgkreis waren es rund 22 000 Tonnen, die in dieser Region durch die Thüringer Straßenwartungs- und Instandhaltungsgesellschaft (TSI) gestreut wurden. Die TSI beschäftigt im Winter ca. 120 Arbeiter, die mit insgesamt 49 Fahrzeugen für die Instandhaltung der Straßen im Wartburgkreis und in Schmalkalden-Meiningen sorgen. Da aber viele Kommunen, wie zum Beispiel Bad Salzungen selbst ihre Straßen räumen, ist diese Zahl nicht sehr aussagekräftig, um einen Gesamtbedarf an Auftausalz im Wartburgkreis darstellen zu können.
DÜNGEMITTEL
Das durch verschiedene Verfahren gelöste Kalisalz wird zu 95 % zu Düngemitteln verarbeitet. Dieses brauchen alle grünen Pflanzen, da das Mineral die Photosynthese intensiviert und so auch die Umwandlung von Zucker in Stärke verstärkt.
Der Handel mit Kalisalz ist ein sehr effizientes Geschäft: So stieg der Preis auf dem Weltmarkt in den letzten Jahren auf 600 € für eine Tonne losen Kalidünger. Etwa 12 % des weltweit verkauften Kalisalzdüngers stammen aus Deutschland. Die Nachfrage nach diesem Salz ist riesig, wie sich z.B. China zeigt. Im Jahr 2010 wurden hier 3 Mio. Tonnen Kalidünger zusätzlich benötigt.
LÖSLICHKEIT VON SALZ IN WASSER (EXPERIMENT)
Um die Löslichkeit von Natriumchlorid, also Kochsalz, in Wasser zu testen, habe ich ein Experiment durchgeführt, bei dem ich 15 g Salz zu 100 ml Wasser hinzugebe.
Aufgabe:
Wie verhalten sich die Lösezeiten von Natriumchlorid in Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen des Wassers?
Materialien:
Um dieses Experiment durchführen zu können, sind 100 ml Wasser in einem Gefäß, z.B. ein Topf, 15 g Kochsalz (NaCl), ein Löffel zum Umrühren und eine Herdplatte oder ein ähnliches Haushaltsgerät zum Erhitzen nötig.
Durchführung:
Diesen Versuch habe ich 4-mal durchgeführt: Beim ersten Mal hatte das Wasser eine Temperatur von 20° C, beim 2. Mal 40° C beim 3. Mal 60° C und beim 4. Mal 80° C. Nach hinzugeben des Salzes zum Wasser habe ich die Zeit gestoppt, wie lang das Salz braucht, um sich unter stetigem Rühren vollständig aufzulösen.
Beobachtung:
In dieser Tabelle sind die Zeiten aufgelistet, wie viel Zeit die 15 g Salz jeweils gebraucht haben, um sich in 100 ml Wasser aufzulösen:
Wassertemperatur Zeit
20° C 1 min 45 s
40° C 41 s
60° C 32 s
80° C 20 s
Auswertung:
Aus diesen Werten kann man ableiten, dass je wärmer das Wasser ist, desto schneller trennen sich die Brücken zwischen den einzelnen Salzionen und das Salz löst sich auf. Wie viel Salz im Wasser gelöst werden kann, hängt zusätzlich auch von der Wassertemperatur ab. Dies ist jedoch nicht mit diesem Experiment bewiesen.
Natürlich kann man dieses Phänomen nur beobachten, wenn die hinzugegebene Salzmenge ebenso wie die Wassermenge gleich bleibt. Zusätzlich ist mir noch aufgefallen, dass die Temperatur - und die Zeitwerte sich nicht proportional zueinander verhalten. Wenn das Wasser eine eher niedrige Temperatur hat dauert es viel länger um das Salz aufzulösen im Vergleich, als bei höheren Temperaturen.
CHLORALKALI-ELEKTROLYSE (EXPERIMENT)
Die Chloralkali-Elektrolyse ist ein chemisches Verfahren, bei dem aus Kochsalz und Wasser die Stoffe Chlor und Natronlauge entstehen, welche wiederum die Grundlage für die Kunststoffherstellung, für Desinfektionsmittel, Mittel zur Wasseraufbereitung, für Seife und für Cellulose (Papier) darstellen.
Bei diesem Verfahren wird mit 2 Kupferelektroden Gleichstrom in eine Salzlösung geleitet. Durch das Auflösen der Salzkristalle entsteht eine Dissoziation des NaCl-Moleküls. Es zerfällt in negativ geladene Chloridionen und positiv geladene Natriumionen. Die in der Flüssigkeit gelösten Chloridionen werden vom + Pol angezogen, da sie negativ geladen sind. Hier kommt es nun zu einer Redoxreaktion: Die Chloridionen geben jeweils 1 Elektron an die Kochsalzlösung ab und es entstehen Chlormoleküle (Cl2), das aus der Lösung entweichen. Diese Elektronenabgabe nennt man Oxidation.
Vom – Pol werden die durch die Dissoziation von Wasser entstandenen positiv elektrisch geladenen Wasserstoffionen angezogen. Da jedes Atom bestrebt ist, eine voll besetzte Außenschale zu besitzen, nimmt jedes Wasserstoffion ein Elektron auf, welches die Chloridionen vorher abgegeben haben. Diese Elektronenaufnahme nennt man Reduktion. 2 Atome verbinden sich wiederum zu einem Wasserstoffmolekül (H2), diese entweichen gleichfalls der Lösung. Die bei der Wasserdissoziation entstandenen Hydroxidionen verbinden sich nun mit den positiv geladenen Natriumionen und es entsteht eine Natronlauge (NaOH), die im Behältnis zurückbleibt.
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