Salzsäure – Chlorwasserstoffsäure

Chlorwasserstoffsäure (Trivialname: Salzsäure) entsteht durch das Lösen der Moleküle des gasförmigen Chlorwasserstoffs (HCl) in Wasser . Dabei zerfällt das Molekül HCl in Ionen. Das Wasserstoffion (H+) und das Chloridion (Cl–) bilden sich. Es entsteht eine saure Lösung, die immer das Wasserstoffion ( H+ ) enthält.
$$ HCl \to H^+ + Cl^- $$

Salzsäure wird bereits vor 2000 Jahren von Plinius erwähnt und dort mit der Gewinnung von Gold, Silber und einigen Mineralen in Zusammenhang gebracht. Sie ist eine technisch bedeutsame Säure, die in verdünnter Form im Magensaft aller Wirbeltiere vorkommt. Dort liefert sie eine saure Umgebung in der Mikroorganismen abgetötet und Eiweiße denaturiert(zerstört) werden und in der Verdauungsenzyme wie Pepsin optimal arbeiten.

Salzsäure ist eine wichtige Grundchemikalie der Industrie. Aus ihr werden viele andere Stoffe wie Eisen(III)-chlorid ), Calciumchlorid , Nickel(II)-chlorid und weitere Stoffe für die Galvanik und Batterieproduktion hergestellt. Sie wird in der Metallurgie für die Aufarbeitung von Erzen ebenso benötigt wie für das Ätzen , Beizen -besonders von Stahl – und Löten . Auch bei der Entfernung von Kalk und Mörtelresten im Bauwesen spielt Salzsäure eine zentrale Rolle.

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Alle Bilder stammen von www.pixabay.com

Entstehung von Salzsäure:

507 Liter – das sind 815g – lösen sich begierig in einem einzigen Liter Wasser (bei 0°C) . Damit entsteht eine konzentrierte (rauchende) Salzsäure von 42% HCl Gehalt. Bei 20°C lösen sich noch 720g HCl in einem Liter Wasser.

Das begierige Auflösen in Wasser erzeugt im Rundkolben mit dem Chlorwasserstoffgas einen Unterdruck, der den Effekt des hereinströmenden Wassers zur Folge hat.

Im Labor wird diese stechend riechende Säure durch die Reaktion von Natriumchlorid(Kochsalz) mit Schwefelsäure gewonnen. Diese Reaktion ist nach ihrem Entdecker J.R. Glauber benannt.

Dazu wird hier Schwefelsäure in einer Glas mit Natriumchlorid -dem Salz der Salzsäure – gegeben. Das entstehende Gas wird in wässrige Unitest-Indikatorlösung eingeleitet. Die Rotfärbung zeigt an, dass sich das eingeleitete Gas mit dem Wasser zu einer Säure verbunden hat. Die stärkere Schwefelsäure hat das schwächere Salz der Salzsäure verdrängt!

Salzsäure ist eine ätzende, elektrisch leitende, stechend riechende Flüssigkeit, die den Indikator UNITEST rot färbt und mit unedlen Metallen reagiert.

Bei dieser Reaktion entstehen gasförmiger Wasserstoff und das jeweilige Chlorid, das Salz der Salzsäure. Magnesiumchlorid, Aluminiumchlorid, Zinkchlorid und Eisenchlorid. Gold und Silber reagieren nicht mit dieser Salzsäure.

$$ Mg + 2 HCl \to H_2 + MgCl_2 $$
$$ 2 Al + 6 HCl \to 3 H_2 + 2 AlCl_3 $$
$$ Zn + 2 HCl \to H_2 + ZnCl_2 $$
$$ Fe + 2 HCl \to H_2 + FeCl_2 $$

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Die Reaktionswärme – exotherm / endotherm

Bei jeder chemischen Reaktion finden Prozesse der Energieumwandlung statt. Da jede Substanz ein gewisses Potential hat, das chemische Energie genannt wird, können bei Prozessen Wärme, Licht, elektrischer Strom oder Bewegungsenergie in Erscheinung treten.

exotherm

Prozesse, die mehr Energie liefern(abgeben)
als sie zugeführt bekommen, heißen „exotherm„.

Die Verbrennungsprozesse von Holz, Kohle, Benzin und Diesel, Heizöl oder Wasserstoff sind exotherme Prozesse.
Auch das Lösen von Natriumhydroxid (NaOH) in Wasser oder das Verdünnen von Säuren verlaufen unter Erwärmung des Lösungsmittels.

Anwendungsbeispiel:

Bildquelle www.hotcan.com

Video zu den heißen Dosen

endotherm


Prozesse, die mehr Energie zugeführt bekommen,
als sie abgeben heißen „endotherm„.

Der berühmteste endotherme Prozess ist nur aktiv, wenn die Energiequelle Sonnenlicht verfügbar ist. Nachts stoppt der Prozess. Die Pflanzenwelt unseres Planeten nutzt die Photosynthese um aus Kohlendioxid und Wasser den Energiereichen Stoff Glucose(Traubenzucker) herzustellen und liefert das Nebenprodukt Sauerstoff. Lebensnotwendig für die Tierwelt.

Ein Salz, welches beim Lösen in 20°C warmem Wasser dem Lösungsmittel die Wärme entzieht, ist zum Beispiel Kaliumnitrat. Das Wasser kühlt bei Zugabe des Salzes ab. Die ersten Verfahren Erzeugung von Kälte waren die sogenannten Kältemischungen, bei denen man solche Salze mit Eis,Schnee oder Wasser mischte. So konnte man mit den unterkühlten Flüssigkeiten andere Gegenstände kühlen oder auch Wasser gefrieren. Die Idee des Kühlschrankes war nur noch einen Schritt entfernt.

Beispiel für eine endotherme Reaktion:

weitere Versuche zu „exotherm“ und „endotherm„:

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Die REDOX-Reaktion

Laufen Oxidation und Reduktion in einem System gleichzeitig ab, so nennt man diesen Prozess eine
REDuktions-OXidations –Reaktion oder kurz REDOX –Reaktion.

Voraussetzung ist, es gibt ein Oxid und einen Hilfsstoff, der den Sauerstoff des Oxids aufnehmen kann. So ein Stoff hilft, das Oxid zu reduzieren, er ist ein Reduktionsmittel und wird bei dem Prozess selbst oxidiert. Das Oxid selber ist also ein Oxidationsmittel.

Bei der RED-OX-Reaktion wird ein OXID reduziert und ein Hilfsstoff oxidiert.

Hier wird Eisenoxid durch Aluminium reduziert. Es entsteht Eisen.
Das Aluminium nimmt dabei den Sauerstoff auf und wird zu Aluminiumoxid oxidiert.

Hans Goldschmidt – Thermitverfahren

Die Versuche des Herrn Hans Goldschmidt zu Redox-Prozessen führten vor über 100 Jahren zu neuen Erkenntnissen in der Metallurgie . Dabei wurden Oxide von stark nachgefragten Metallen, wie Chrom, Mangan und dem Halbmetall Silizium in einer Hochtemperatur-Reaktion aus ihren Oxiden hergestellt.

So stellte Herr Goldschmidt ein Verfahren vor, mit dem es möglich sein sollte, eine gebrochene Eisenbahnschiene innerhalb weniger Arbeitsstunden zu schweißen. Für damalige Verhältnisse undenkbar, da der Austausch der Schiene Tage dauerte und zum „Schweißen“ flüssiger Stahl – also 1800°C heiß – vor Ort sein müsste. Eine Demonstration des Goldschmidtverfahrens fand weltweite Aufmerksamkeit.

Heute wird dieses Verfahren – das „aluminothermische Schweißen“ – weltweit eingesetzt, da es immer noch die einfachste Art ist, flüssigen Stahl in kleinen Portionen an jedem Ort der Welt herzustellen um Schienenstöße miteinander zu verbinden und Reparaturen durchzuführen.

Der Schienenstrang wird von einer Form umgeben und vorgewärmt. Dann wird das Reaktionsgefäß mit dem Eisenoxid- Aluminium – Gemisch aufgesetzt. Die Reaktion des Gemisches wird mit einer Zündkirsche aktiviert und läuft dann stark exotherm von selbst ab. Die Schlacke – das aluminiumoxidhaltige Nebenprodukt – läuft in die seitlichen Schalen. Später wird die Gussform entfernt und die Bruchstelle entgratet.

Weiter zur Eisengewinnung durch den Hochofenprozess…

REDOX-Reaktion von Kupferoxid + Kohlenstoff

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Die stille Oxidation – Rosten

Materialien, die den Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, verwittern. Die stille, langsame Reaktion mit dem Sauerstoff der Luft und der Hilfe von Wasser in Form von Regen, Schnee und Eis, Kälte und Hitze betrifft Stoffe, wie Metalle, Glas, Kunststoffe, Farben und Lacke, Textilien und viele mehr.

Bei den Metallen sprechen wir vom „Rosten“ oder dem „Korrodieren“.
Der Begriff „Korrosion“ ist jedoch international auch mit „corrosive“ – zerstörend oder ätzend belegt.

Rostschutz

Rost entsteht, wenn Metall mit Sauerstoff (und Wasser) in Kontakt kommt. Besonders Eisen ist anfällig für Rost, der es schwächt und unansehnlich macht. Um Haushaltsgegenstände, Werkzeuge und Gebäudeteile vor Rost zu schützen, gibt es verschiedene Methoden, die auch zu Hause mit einfachen Mitteln und Haushaltschemikalien angewendet werden können.

1. Lackieren oder Beschichten

Eine einfache Möglichkeit, Metalle vor Rost zu schützen, ist das Lackieren oder Beschichten. Du kannst Metalle wie Fahrradrahmen, Geländer oder Werkzeuge mit Rostschutzfarbe behandeln. Diese bildet eine Barriere gegen Feuchtigkeit und Sauerstoff. Besonders praktisch sind Sprühdosen, die du leicht auftragen kannst. Vor dem Lackieren solltest du die Metalloberfläche sauber machen, um sicherzustellen, dass die Farbe gut haftet.

2. Ölen und Fetten

Eine weitere Methode ist das Einölen oder Einfetten von Metallteilen. Öle wie Nähmaschinenöl, oder sogar Haushaltsfette wie Vaseline, können eine schützende Schicht auf der Metalloberfläche bilden. Diese Methode eignet sich besonders für Werkzeuge und Geräte, die oft benutzt werden, wie Schraubenschlüssel, Gartenwerkzeuge oder Türscharniere. Das Öl verhindert, dass Feuchtigkeit an das Metall gelangt.

Anwendung:

  • Wische das Metall mit einem Tuch ab, um Schmutz zu entfernen.
  • Trage eine dünne Schicht Öl oder Fett auf das Metall auf.
  • Wiederhole die Anwendung regelmäßig, um den Schutz aufrechtzuerhalten.

3. Zitrone, Essig, Backpulver und Co(la)

Essig und Backpulver sind nicht nur nützliche Haushaltshelfer, sondern können auch bei der Entfernung von Rost und dem Schutz von Metallgegenständen helfen. Essig oder Zitronensäure aber auch die Phosphorsäure in der Cola reagieren mit dem Rost und lösen ihn auf, während Backpulver neutralisierend wirkt und Oberflächen reinigt.

Anwendung:

  • Weiche kleinere, verrostete Gegenstände in Essig ein und lasse sie einige Stunden stehen.
  • Bei größeren Flächen kannst du ein Tuch in Essig tränken und es auf den Rost legen.
  • Verwende anschließend eine Paste aus Backpulver und Wasser, um die restlichen Rostspuren zu entfernen und die Oberfläche zu glätten.

4. Beschichtungen mit Zink, Emaille oder Gummi

Eine Methode, die du vielleicht von großen Metallteilen wie Zäunen oder Blechdächern kennst, ist das Verzinken. Dabei wird eine dünne Schicht Zink auf das Metall aufgetragen, die es vor Rost schützt. Diese Methode wird allerdings meist in Werkstätten durchgeführt und erfordert spezielle Geräte.
Emaille ist eine dünne Porzellanschicht, die auf Metallgegenstände gebracht wird. Auch die Gummierung von Werkzeugen und Drähten – wie bei Zäunen- dient dem Rostschutz.

5. Rostschutz durch Lagerung

Nicht alle Methoden müssen chemisch sein. Du kannst Rost auch verhindern, indem du Metalle trocken lagerst. Feuchtigkeit ist der größte Feind von Metall. Daher sollten Werkzeuge und Geräte nach dem Gebrauch abgewischt und an einem trockenen Ort aufbewahrt werden. In feuchten Räumen wie Kellern kannst du Luftentfeuchter verwenden, um die Luftfeuchtigkeit zu senken.

Zusammenfassung: Um Haushaltsgegenstände, Werkzeuge und Geräte vor Rost zu schützen, gibt es viele Methoden, die du zu Hause anwenden kannst. Lacke, Öle, Essig und Backpulver sind einfache Mittel, um Rost zu verhindern oder zu entfernen. Am wichtigsten ist jedoch, Metalle trocken zu halten, da feuchte Luft die Hauptursache für Rost ist.

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