Kalkkreislauf einfach erklärt – Brennen, Löschen, Abbinden

Der Kalkkreislauf beschreibt drei chemische Reaktionen, mit denen der Baustoff Kalk in der Natur und in der Bauindustrie immer wieder zwischen verschiedenen Formen wechselt. Ausgangsstoff ist Kalkstein, chemisch Calciumcarbonat, wie er in großen Mengen in Gebirgen und Steinbrüchen vorkommt. Durch starkes Erhitzen entsteht daraus Branntkalk, chemisch Calciumoxid.

Wird Branntkalk anschließend mit Wasser vermischt, entsteht Löschkalk, chemisch Calciumhydroxid, eine Reaktion, die sehr viel Wärme freisetzt. Lässt man den Löschkalk als Mörtel oder Putz an der Luft aushärten, nimmt er Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf und wird dabei wieder zu Calciumcarbonat, dem Ausgangsstoff des Kreislaufs.

Ein typischer Fehler ist zu glauben, am Ende des Kreislaufs entstehe ein anderer Stoff als am Anfang. Tatsächlich ist der beim Abbinden entstehende Kalk chemisch identisch mit dem ursprünglichen Kalkstein, nur seine Kristallstruktur unterscheidet sich, weil er nun als feines Gefüge im Mauerwerk vorliegt statt als massiver Gesteinsblock.

Die erste Reaktion, das Brennen von Kalkstein, ist eine thermische Zersetzung: Calciumcarbonat spaltet sich bei Temperaturen über 900 Grad Celsius in Calciumoxid und Kohlenstoffdioxid. Die Gleichung lautet CaCO3 -> CaO + CO2, sie ist bereits ausgeglichen, denn auf beiden Seiten steht je ein Calcium-, ein Kohlenstoff- und drei Sauerstoffatome. Diese Reaktion ist endotherm, es muss also ständig Energie zugeführt werden, damit sie weiterläuft.

Die zweite Reaktion, das Löschen, ist dagegen exotherm: Calciumoxid reagiert mit Wasser zu Calciumhydroxid, die Gleichung lautet CaO + H2O -> Ca(OH)2. Dabei wird so viel Wärme freigesetzt, dass das Gemisch zischend siedet. Die dritte Reaktion, das Abbinden, verläuft langsam an der Luft: Calciumhydroxid nimmt Kohlenstoffdioxid auf und wird wieder zu Calciumcarbonat, die Gleichung Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O zeigt, dass dabei zusätzlich Wasser entsteht, das aus dem Mauerwerk verdunstet.

Die drei Stationen des Kalkkreislaufs unterscheiden sich deutlich in ihrer Energiebilanz und in den Bedingungen, unter denen sie ablaufen. Das Brennen benötigt hohe Temperaturen über 900 Grad Celsius und läuft nur ab, solange Energie zugeführt wird, deshalb bezeichnet man diese Reaktion als endotherm.

Das Löschen dagegen setzt selbst Energie frei und läuft bei Zugabe von Wasser praktisch von selbst ab, diese Reaktion ist exotherm und kann bei unvorsichtiger Handhabung zu gefährlichen Spritzern heißer Kalkmilch führen. Das Abbinden schließlich verläuft bei Raumtemperatur, dauert aber je nach Mauerwerksdicke Tage bis Wochen, weil das Kohlenstoffdioxid aus der Luft erst langsam in den Mörtel eindringen muss.

Chemisch betrachtet handelt es sich beim Brennen um eine thermische Zersetzung, beim Löschen um eine Reaktion mit Wasser und beim Abbinden um eine Reaktion mit einem Gas aus der Luft, alle drei Reaktionen sind aber Teil desselben durchgehenden Stoffkreislaufs.

Ein häufiger Fehler ist, Branntkalk und Löschkalk zu verwechseln. Branntkalk ist Calciumoxid, ein stark ätzender, wasserfreier Feststoff, der beim Kontakt mit Wasser heftig reagiert. Löschkalk ist dagegen Calciumhydroxid, das bereits durch Zugabe von Wasser entstanden ist und in Wasser aufgeschlämmt als Kalkmilch verwendet wird.

Ein zweiter Fehler ist, das Abbinden von Mörtel für einen einfachen Trocknungsvorgang zu halten, bei dem nur Wasser verdunstet. Tatsächlich handelt es sich um eine chemische Reaktion mit Kohlenstoffdioxid aus der Luft, bei der ein völlig neuer, fester Stoff entsteht, das Aushärten von Mörtel ist deshalb kein reiner physikalischer, sondern ein chemischer Vorgang.

Ein dritter Fehler ist, die entstehende Wärme beim Löschen von Kalk zu unterschätzen. Ungelöschter Kalk kann bei Kontakt mit Feuchtigkeit, etwa auf feuchter Haut, so stark reagieren, dass es zu schweren Verätzungen kommt, deshalb ist beim Umgang mit Branntkalk immer Schutzausrüstung erforderlich.

Der Kalkkreislauf ist die Grundlage für viele Baustoffe: Kalkmörtel wurde schon in der Antike zum Mauern verwendet, moderner Zement entsteht durch gemeinsames Brennen von Kalkstein und Ton bei noch höheren Temperaturen. Kalkputz an Wänden reguliert zudem die Luftfeuchtigkeit im Raum und wirkt leicht desinfizierend, weil er im frisch aufgetragenen Zustand stark basisch ist.

Auch in der Landwirtschaft spielt der Kalkkreislauf eine Rolle: Saure Böden werden mit gemahlenem Kalkstein oder Löschkalk gedüngt, um den pH-Wert des Bodens anzuheben und Pflanzenwachstum zu verbessern. Beim Umgang mit ungelöschtem Kalk im Chemieunterricht solltest du immer Schutzhandschuhe und eine Schutzbrille tragen, da Branntkalk stark ätzend wirkt und mit Feuchtigkeit heftig reagiert.