Was du auf dieser Seite lernst
Am zweiten Beispiel Calciumhydroxid vertiefst du das Prinzip der umkehrbaren Reaktionen: Calciumoxid (gebrannter Kalk) reagiert mit Wasser exotherm zu Calciumhydroxid (Löschkalk). Beim Erhitzen läuft die Rückreaktion ab. Du lernst das Protolyseschema für diesen Vorgang und die wichtigsten Anwendungen von Kalk in Alltag und Technik.
Vorheriges Beispiel
Das Prinzip der umkehrbaren Reaktion und das Protolyseschema (Bergab/Bergauf) wurden am ersten Beispiel eingeführt: → 1.1 Beispiel: Ammoniumchlorid
1.2 Beispiel: Calciumhydroxid
Calciumoxid
„gebrannter Kalk"
Calciumhydroxid
„gelöschter Kalk" / „Löschkalk"
Kalkwasser
gesättigte wässrige Lösung
a) Bildung von Calciumhydroxid – „Löschen von gebranntem Kalk"
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Experiment: Man gibt destilliertes Wasser auf Calciumoxid (CaO, gebrannter Kalk).
Beobachtung:
- Die Reaktion verläuft stark exotherm – der Feststoff wird sehr heiß, zischt und dampft.
- Das Calciumoxid bläht sich auf und zerfällt zu einem weißen, krümeligen Pulver.
- Eine wässrige Lösung (Kalkwasser) ist alkalisch (pH > 7).
Auswertung:
![Reaktionsgleichung Kalklöschen: Ca²⁺ O²⁻ (Calciumoxid, Ionenverbindung) + H₂O (polare Atombindung) → Ca²⁺ + 2[OH⁻]¹⁻ (Calciumhydroxid, mittellöslich); ΔH < 0](/images/images/chemie/jahrgangsstufen/gleichgewichtsreaktionen/02_ta_kalkloeschen_-_bildung_von_calciumhydroxid.jpg)
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Bergab-Reaktion: Das Oxid-Ion O2− ist eine sehr starke Base – stärker als OH−. Daher überträgt H2O (Säure) ein Proton auf O2− (stärkere Base) → freiwillige, exotherme Reaktion (ΔH < 0).
b) Erhitzen von Calciumhydroxid
Experiment: Man erhitzt festes Calciumhydroxid Ca(OH)₂ stark.
Beobachtung:
- Das Calciumhydroxid zerfällt bei starkem Erhitzen (ab ca. 512 °C) wieder in CaO und H₂O.
- Wasserdampf entweicht.
- Es bleibt weißes Calciumoxid zurück.
Auswertung:
![Reaktionsgleichung Erhitzen Ca(OH)₂: Ca²⁺ + 2[OH⁻]¹⁻ (Calciumhydroxid) → Ca²⁺ O²⁻ (Calciumoxid) + H₂O; ΔH > 0 (endotherm)](/images/images/chemie/jahrgangsstufen/gleichgewichtsreaktionen/02_ta_erhitzen_von_calciumhydroxid.jpg)
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Bergauf-Reaktion: OH− ist eine schwächere Säure als H2O. Um H+ auf ein O2− zu übertragen und so H2O und CaO zurückzubilden, muss Energie (Wärme) zugeführt werden – erzwungene, endotherme Reaktion (ΔH > 0).
c) Bildung und Zerlegung – Zusammenfassung
Calciumoxid + Wasser ⇌ Calciumhydroxid
Anwendungen von Kalk
Calciumoxid und Calciumhydroxid spielen in Technik und Alltag eine große Rolle. Das Verständnis der umkehrbaren Reaktion CaO + H₂O ⇌ Ca(OH)₂ ist der Schlüssel zu diesen Anwendungen.
🏗️ Bauindustrie – Kalkputz & Mörtel
Ca(OH)₂ (Löschkalk) wird zu Mörtel und Kalkputz verarbeitet.
Beim Abbinden reagiert Ca(OH)₂ mit CO₂ der Luft zu festem Calciumcarbonat:
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O
Das ist der „Carbonatisierungsprozess" (Ca(OH)₂ „erhärtet").
🧪 CO₂-Nachweis – Kalkwasser
Kalkwasser (gesättigte Ca(OH)₂-Lösung) trübt sich durch CO₂-Einleiten weiß:
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O
CaCO₃ ist schwer löslich und fällt als weißer Feststoff aus.
Klassischer Nachweisreaktion für CO₂!
🌱 Landwirtschaft – Kalkung des Bodens
Saure Böden werden mit gebranntem Kalk (CaO) oder Löschkalk (Ca(OH)₂) gekalkt, um den pH-Wert anzuheben und Nährstoffe verfügbar zu machen.
⚠️ Sicherheitshinweis
Das Löschen von Kalk erzeugt sehr hohe Temperaturen (bis ~300 °C an der Oberfläche). CaO und Ca(OH)₂ sind stark basisch (pH ≈ 12,5) und reizen Augen und Haut – Schutzausrüstung verwenden!
Auf einen Blick – die wichtigsten Aussagen
Kalklöschen
CaO + H2O → Ca(OH)2
Stark exotherm (ΔH ≪ 0), freiwillig
Erhitzen
Ca(OH)2 → CaO + H2O
Endotherm (ΔH > 0), braucht Energie
CO₂-Nachweis
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O
Kalkwasser trübt sich weiß
O²⁻ – stärkste Base
O2− ist stärkere Base als OH− → Bergab-Protolyse durch H2O
Häufige Fragen – Calciumhydroxid / Kalk
Warum ist die Bildung von Ca(OH)₂ so stark exotherm?
Das Oxid-Ion O2− im CaO ist eine außerordentlich starke Base – stärker als OH−. Es zieht Protonen regelrecht aus Wassermolekülen heraus: O2− + H₂O → 2 OH−. Da diese Protolyse sehr weit „bergab" geht (von einer sehr starken Base zu einer deutlich schwächeren), wird viel Energie frei (ΔH ≪ 0). Sichtbar: Die Masse wird sehr heiß, Wasserdampf entweicht.
Wie unterscheiden sich gebrannter Kalk, Löschkalk und Kalkwasser?
Gebrannter Kalk (Branntkalk, Ätzkalk): CaO – weißer Feststoff, entsteht durch
Brennen von Kalkstein (CaCO₃) bei ca. 900 °C.
Löschkalk (gelöschter Kalk): Ca(OH)₂ – weißes Pulver, entsteht durch Löschen
(Zugabe von Wasser zu CaO).
Kalkwasser: Ca(OH)₂ (aq) – gesättigte wässrige Lösung von Calciumhydroxid,
schwach basisch (pH ≈ 12,5). Dient als CO₂-Nachweis.
Wie funktioniert der CO₂-Nachweis mit Kalkwasser?
Leitet man CO₂ in Kalkwasser ein, entsteht schwer lösliches Calciumcarbonat: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O. Das ausgefallene CaCO₃ macht die Lösung milchig trüb – ein einfacher, sicherer Nachweis für Kohlenstoffdioxid. Bei zu viel CO₂ löst sich das CaCO₃ wieder auf (CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂), die Lösung wird wieder klar.
Warum ist die Zerlegung von Ca(OH)₂ eine Bergauf-Reaktion?
OH− ist eine schwächere Säure als H₂O. Um OH− zur Protonenabgabe zu zwingen und O2− zurückzubilden, muss man Energie (Wärme) zuführen – die Reaktion läuft bergauf im Protolyseschema und ist endotherm (ΔH > 0). Erst oberhalb von ca. 512 °C wird Ca(OH)₂ thermisch zersetzt.
Warum verwendet man Kalk im Bau?
Ca(OH)₂ (Löschkalk) wird mit Sand zu Kalkputz oder -mörtel gemischt. Beim Abbinden (Trocknen) reagiert Ca(OH)₂ mit CO₂ der Luft: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O. Festes Calciumcarbonat (CaCO₃) ist hart und druckfest. Kalkputz ist dampfdiffusionsoffen (reguliert Feuchtigkeit) und fungizid (hemmt Schimmel) durch seinen hohen pH-Wert. Mehr zur Reaktion Säure-Base: Neutralisation (Kursstufe).
Lernkarten – Calciumhydroxid
Klicke auf eine Karte, um die Antwort zu sehen.
Welche Reaktionsgleichung beschreibt das Löschen von Kalk?
CaO + H2O → Ca(OH)2
(stark exotherm, ΔH ≪ 0, freiwillig = Bergab)
Warum reagiert CaO so heftig mit Wasser?
O2− ist eine sehr starke Base – stärker als OH−. Protolyse verläuft sehr weit bergab → große Energiefreisetzung.
Wie weist man CO₂ mit Kalkwasser nach?
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O
Kalkwasser trübt sich weiß → CO₂ nachgewiesen.
Nenne drei Anwendungen von Kalk.
1. Kalkputz/Mörtel (Bau)
2. CO₂-Nachweis (Kalkwasser)
3. Bodenkalkung (Landwirtschaft)
Aufgabe: Bergab oder Bergauf?
a) CaO + H₂O → Ca(OH)₂
b) Ca(OH)₂ →(Δ) CaO + H₂O
a) Bergab – freiwillig, exotherm, ΔH < 0
b) Bergauf – erzwungen durch Wärme, endotherm, ΔH > 0
Weiter im Kapitel Gleichgewichtsreaktionen
← 1.1 Beispiel: Ammoniumchlorid → 2. Das chemische Gleichgewicht
📌 Weiterführend: Prinzip von Le Chatelier · Säure-Base-Reaktionen in Salzlösungen
Was du auf dieser Seite lernst
Am Beispiel des Ammoniumchlorids lernst du, was eine umkehrbare Reaktion ist: NH₃ und HCl bilden NH₄Cl (Hinreaktion), und beim Erhitzen zerfällt NH₄Cl wieder in NH₃ und HCl (Rückreaktion). Das Protolysenschema zeigt, welche Stoffe als Säure und welche als Base wirken – und warum Protonenübertragungen immer „bergab" verlaufen.
Grundlagen aus der 9. Klasse
Die Brønsted-Definition von Säuren und Basen sowie korrespondierende Paare kennst du bereits aus der 9. Klasse: → Säure-Base-Definition nach Brønsted · → Reaktion HCl + NH₃ (Kl. 9)
1 Umkehrbare Reaktionen
1.1 Beispiel: Ammoniumchlorid
a) Bildung von Ammoniumchlorid
Über ein geöffnetes Schnappdeckelglas mit konzentriertem Ammoniak stellt man ein umgekehrtes Becherglas, in dessen Innenwand sich mit konzentrierter Salzsäure getränktes Filterpapier befindet.
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Beobachtung: Im Raum zwischen Schnappdeckelglas und Filterpapier bildet sich weißer Rauch. Auf der Glasplatte entsteht eine Schicht mit einem kristallinen weißen Feststoff.
Auswertung:
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⚠️ Korrektur zum Tafelbild (untere Zeile):
Die untere Zeile des obigen Schemas enthält einen Druckfehler. Richtig lautet sie:
Starke Säure 1
+
starke Base 2
→
schwache Base 1
+
schwache Säure 2
(Dank an Fiona Ulrich für die Korrektur.)
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Bergab-Reaktion: Die Protolyse verläuft freiwillig von der stärkeren Säure zur schwächeren Säure – also „bergab" im Protolyseschema (vom großen roten Dreieck zum kleinen Dreieck).
b) Zerlegung von Ammoniumchlorid (Thermolyse)
Experiment: Man erhitzt in einem senkrecht eingespannten Reagenzglas festes Ammoniumchlorid.
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Beobachtung: Das feuchte pH-Papier färbt sich sowohl rot (Hinweis auf eine Säure – HCl-Überschuss unten) als auch blau (Hinweis auf eine Base – NH₃-Überschuss oben).
Erklärung: NH₃ diffundiert schneller (leichteres Molekül) und sammelt sich oben im Rohr, während HCl sich am Boden anreichert. Beide Gase entstehen gleichzeitig durch die Thermolyse.
Auswertung:
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Bergauf-Reaktion: Die Thermolyse (Rückreaktion) verläuft erzwungen von der schwächeren Säure NH₄+ zur stärkeren Säure HCl – also „bergauf" im Protolyseschema. Sie benötigt Energie (ΔH > 0, endotherm).
c) Bildung und Zerlegung von Ammoniumchlorid – Zusammenfassung
Ammoniak + Chlorwasserstoff ⇌ Ammoniumchlorid
Der Doppelpfeil ⇌ zeigt: Es handelt sich um eine umkehrbare Reaktion, die in beide Richtungen ablaufen kann.
Hinweis – Reaktionen auf dem feuchten Indikatorpapier:
HCl + H2O → H3O+ + Cl−
(sauer → rot)
NH3 + H2O → NH4+ + OH−
(basisch → blau)
Auf einen Blick – die wichtigsten Aussagen
Umkehrbare Reaktion
NH₃ + HCl ⇌ NH₄Cl
Hin- und Rückreaktion sind möglich → ⇌-Pfeil
Bergab = freiwillig
Starke Säure + starke Base →
schwache Base + schwache Säure
ΔH < 0 (exotherm)
Bergauf = erzwungen
Schwache Säure + schwache Base →
starke Base + starke Säure
ΔH > 0 (endotherm) – braucht Energie
Korrespondierendes Paar
HCl / Cl⁻ und NH₄⁺ / NH₃ sind je ein korrespondierendes Säure-Base-Paar
Häufige Fragen – Umkehrbare Reaktionen / Ammoniumchlorid
Warum bildet sich beim Versuch weißer Rauch?
Gasförmiges Ammoniak (NH₃) aus dem Schnappdeckelglas und gasförmiger Chlorwasserstoff (HCl) aus dem Filterpapier treffen in der Luft aufeinander. Sie reagieren unmittelbar zu festem Ammoniumchlorid (NH₄Cl), das als winzige weiße Kristalle sichtbar wird – das nennt man weißen Rauch. Diese Reaktion ist exotherm (ΔH < 0) und verläuft freiwillig (→ Bergab-Reaktion im Protolyseschema).
Was bedeutet „Bergab-Reaktion" im Protolyseschema?
Im Protolyseschema werden Säuren von oben nach unten nach ihrer Stärke geordnet (starke Säure oben = großes umgekehrtes Dreieck). Eine Protolyse verläuft freiwillig immer von der stärkeren Säure zur schwächeren Säure – also „bergab". Im Beispiel HCl + NH₃: HCl (stärkere Säure, oben) überträgt H⁺ auf NH₃ (stärkere Base, oben) → Produkte Cl⁻ und NH₄⁺ befinden sich auf niedrigerem Niveau → Bergab-Reaktion, freiwillig. Mehr dazu: Brønsted-Definition (Kl. 9).
Warum färbt sich das Indikatorpapier sowohl rot als auch blau?
Beim Erhitzen von NH₄Cl entstehen gleichzeitig NH₃ (Gas, basisch) und HCl (Gas, sauer). Da NH₃ als leichteres Molekül schneller diffundiert, sammelt es sich im oberen Teil des Reagenzglases und färbt das Indikatorpapier dort blau (basisch). HCl reichert sich im unteren Teil an und färbt es rot (sauer). Das Indikatorpapier muss feucht sein, damit die Gase reagieren können: HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻ und NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH⁻.
Was ist der Unterschied zwischen NH₃ und NH₄⁺?
NH₃ (Ammoniak) ist eine schwache Base: Es nimmt ein Proton auf → NH₄⁺ (Ammonium-Ion, schwache Säure). NH₃ und NH₄⁺ bilden ein korrespondierendes Säure-Base-Paar. NH₃ hat keine Ladung und ist gasförmig, NH₄⁺ ist ein Ion und liegt in Salzen wie NH₄Cl als Feststoff vor.
Warum ist die Zerlegung von NH₄Cl eine „Bergauf-Reaktion"?
Die Thermolyse NH₄Cl → NH₃ + HCl läuft von der schwächeren Säure NH₄⁺ zur stärkeren Säure HCl – also „bergauf" im Protolyseschema. Sie verläuft nicht freiwillig, sondern muss durch Wärmezufuhr erzwungen werden (ΔH > 0, endotherm). Das ist möglich, weil beide Produkte gasförmig sind und das Gleichgewicht durch Entweichen der Gase auf die Produktseite gezogen wird.
Lernkarten – Umkehrbare Reaktionen
Klicke auf eine Karte, um die Antwort zu sehen.
Was beobachtet man, wenn NH₃ und HCl-Gas aufeinandertreffen?
Bildung von weißem Rauch (festes NH₄Cl): NH₃ + HCl → NH₄Cl (exotherm, ΔH < 0)
Was bedeutet ⇌ in einer Reaktionsgleichung?
Die Reaktion ist umkehrbar – sie kann sowohl in Hin- als auch in Rückrichtung ablaufen.
Was ist das korrespondierende Paar zur Säure HCl?
HCl (Säure) / Cl⁻ (konjugierte Base)
HCl gibt H⁺ ab → Cl⁻ entsteht.
Warum verläuft die Bildung von NH₄Cl „bergab"?
HCl ist eine stärkere Säure als NH₄⁺.
Protolyse läuft freiwillig von stärkerer → schwächerer Säure,
d. h. „bergab" im Protolyseschema.
Aufgabe: Ordne zu – Bergab oder Bergauf?
a) NH₄Cl → NH₃ + HCl (Thermolyse)
b) HCl + NH₃ → NH₄Cl (Bildung)
a) Bergauf (erzwungen, endotherm, ΔH > 0)
b) Bergab (freiwillig, exotherm, ΔH < 0)
Weiter im Kapitel Gleichgewichtsreaktionen
← Übersicht Gleichgewichtsreaktionen → 1.2 Beispiel: Calciumhydroxid
🔁 Grundlagen (Kl. 9): Brønsted-Definition · Reaktion HCl + NH₃
📌 Weiterführend: Prinzip von Le Chatelier · Massenwirkungsgesetz