Calciumsulfat

Autor: Hans Lohninger

Calciumsulfat, CaSO₄, ist eine wichtige Labor- und Industriechemikalie, die speziell in der Bauindustrie einen umfangreichen Anwendungsbereich findet. In der Natur findet es sich in verschiedenen Formen, die sich durch den Kristallwassergehalt unterscheiden: Gips (CaSO₄·2H₂O), das Hemihydrat ("gebrannter Gips", CaSO₄·¹/₂H₂O) und das Anhydrit (wasserfreier Gips). Das Anhydrit ist trotz seines Namens nicht immer frei von Wasser, sein Wassergehalt variiert zwischen 0 und 0.05 Molprozent.

Die Hauptquellen für Calciumsulfat sind einerseits natürliche Vorkommen (Gips und wenig Anhydrit) und andererseits als Nebenprodukt bei der Rauchgasentschwefelung. Die weltweite Produktion von Gips liegt in der Größenordnung von 100 Mill. Tonnen/Jahr.

Eigenschaften

Gips tritt in der Natur u.a. als glimmerähnliches "Marienglas" (Selenit) auf, das man früher zur Verglasung von Marienbildern verwendet hat. Das kleine Plättchen links ist ca. 0.5 mm dick, der restliche Kristall ist etwa 8 mm dick. Foto: H. Lohninger.

Alkali- und Erdalkalielemente bilden mit Calciumsulfat Doppel- und Dreifachsalze, z.B. CaSO₄K₂SO₄H₂O, oder 2CaSO₄MgSO₄K₂SO₄2H₂O.

Dehydratation von Gips

Erhitzt man Gips auf 80 bis 180°C, so verliert er zunehmend mehr Wasser, so dass zuerst das Hemihydrat und später Anhydrit entsteht:

CaSO₄·2H₂O + Wärme CaSO₄·½H₂O + 1½H₂O (g)
CaSO₄·½H₂O + Wärme CaSO₄ + ½H₂O (g)

Abhängig von der Luftfeuchtigkeit während der Kalzinierung kann die Struktur des Hemihydrats entweder grob-kristallin (Baugips unter feuchten Bedingungen) oder fein-kristallin (Stuckgips unter trockenen Bedingungen). Oberhalb von 180°C bildet sich Anhydrit (zuerst γ-Anhydrit, und dann bis 800 °C β-Anhydrit). Bei Temperaturen zwischen 800 und 1000°C zersetzt sich Calciumsulfat teilweise in Calciumoxid und Schwefeltrioxid (CaSO₄ CaO + SO₃), so dass der entstehende Gips ca 10% CaO enthält ("Estrichgips"). Estrichgips ist im Gegensatz zu Stuckgips nach dem Abbinden wasserfest.

Erhitzt man Marienglas (Selenit, eine spezielle Form von Gips), so verliert es schnell Kristallwasser und wird undurchsichtig. Links ein dünnes (0.5 mm) Stück Marienglas, rechts nach kurzem Erhitzen (1 Minute auf der Herdplatte). Das Blättchen beginnt nach wenigen Sekunden trüb zu werden, da sich oberflächlich bereits Hemihydrat bildet. Die Trübung beim Erhitzen kann leicht zur Unterscheidung von Marienglas und Glimmer eingesetzt werden (Glimmer bleibt auf der Herdplatte transparent). Photo: H. Lohninger.

Mischt man gebrannten Gips mit Wasser, so bildet sich schnell wieder das bevorzugte Dihydrat, das ein Netzwerk aus Calciumsulfatkristallen erzeugt, das letztendlich eine feste, genau an die Form angepasste Masse erzeugt. Diese Rehydratation ist exotherm (Gips wird beim Abbinden warm).