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Bei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll, das einen Vortrag im Rahmen
des Chemielehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besseren
Durchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter das
eingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, die
Texterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichen
Dateien mit Fehlern behaftet.
Alle mehr als 700 Protokolle (Anfang 2007) können auf der Seite
http://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html
eingesehen und heruntergeladen werden.
Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel und
Staatsexamensarbeiten bereit.
Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007
Philipps-Universität Marburg
Fachbereich Chemie
Übungen im Experimentalvortrag
Wintersemester 1997/98
Protokoll zum
Experimentalvortrag
"Mehr als das Salz in der Suppe"
vom 17. Dezember 1998
r>
I
vorgelegt von
Wilfried Budde
Wehrdaer Weg 9
35037 Marburg
Chemie in der Schule: www.chids.de
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung: "Mehr als das Salz in der Suppe"
1
2. Vier Ausschnitte aus der Geschichte des Salzes
2
3. Salz und Salzlagerstätten
3.1 Salzgehalt der Meere
• DEMO 1:
4
Meerwasser aus 1 I Nordseewasser
3.2 Entstehung der Salzlagerstätten
6
3.3 Vorkommen von Steinsalzlagern
7
3.4 Auslaugung von Salzlagern (Solequellen)
8
• VERSUCH 1:
Entstehung einer Solequelle
4. Struktur von Steinsalz (NaCI)
• DEMO 2:
Plastizität von Steinsalz
5. Methoden der Salzgewinnung
~
VERSUCH 2:
• DEMO 3:
11
12
Funktion eines Gradierwerks
Solereinigungsverfahren
6. Einsatzbereiche und Verwendung von NaCI
20
6.1 Industrie
22
• VERSUCH 3:
Chloralkali-Elektrolyse
6.2 Gewerbe
• VERSUCH 4:
26
Wirkung von Auftausalz
6.3 Speisesalz im Alltag
• DEMO 4:
Verklumpen von Magnesiumchlorid
7. NaCI und seine Funktion im Organismus
• VERSUCH 5:
29
Physiologische Kochsalzlösung
8. NaCt in der menschlichen Ernährung
• VERSUCH 6:
"Leuchtende Gewürzgurke"
• VERSUCH 7:
Potentiometrische CI--Bestimmung
9. Literaturverzeichnis
28
32
37
1. Einleitung. "Mehr als das Salz in der Suppe"
Salz spielt in unserem alltäglichen Leben eine Rolle, die sich in unserer
Wahrnehmung zumeist auf das Würzen (Salzen) von Speisen beschränkt.
"Salz ist aber mehr als nur das Salz in der Suppe", und das möchte ich in
diesem Experimentalvortrag deutlich machen. Wenn ich in dieser Ausarbeitung
von Salz spreche bzw. Salz schreibe, meine ich damit immer die chemische
Verbindung Natriumchlorid (NaCI). Die Begrifflichkeiten sind zum Teil recht
verwirrend, da ist von Salz, Kochsalz, Steinsalz, Siedesalz, Meersalz,
Auftausalz, u.a. die Rede. Ich hoffe, daß ich ein wenig Klarheit in dieses
r--.
Durcheinander bringen kann.
Übrigens: Dem Suppen-Kaspar fehlte das Salz in der Suppe.
Die Geschichte
vom
Suppen-Kuspar
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2
2. Vier Ausschnitte aus der Geschichte des Salzes
Die Geschichte des Salzes ist "ewig" alt und es gibt ganze Bücher, die sich
damit beschäftigen. Ich möchte hier nur vier kleine Ausschnitte anführen, die
zeigen sollen, wie eng die Geschichte des Salzes mit der Kulturgeschichte des
Menschen verknüpft ist und welche "Relikte" noch heute daran erinnern.
I. Wie der Mensch auf das Salz kam:
Die Siedlungsgeschichte Jerichos, der berühmten Stadt der Bibel, geht
auf das Jahr 8000 v.Chr. zurück, wie radiochemische Untersuchungen
nach der C14-Methode zeigen. In den Schichten der Stadt, die
Archäologen freilegten, fanden sich Mahlsteine, Mörser und Stößel, die
beweisen, daß hier Ackerbau betrieben worden ist. Im Jerichotal ging
demnach der Übergang vom Nomadentum zum Seßhaftwerden vor sich.
Mit dem Beginn des Ackerbaus setzte untrennbar der regelmäßige
Gebrauch von Salz ein. Nomaden sind Jäger und Sammler, die vom
Jagen und Fangen wildlebender Tiere und dem Sammeln von Wurzeln,
Früchten und Beeren wildwachsender Pflanzen lebten. Bei dieser
Wirtschaftsform wurde das Fleisch entweder roh gegessen oder
(vorwiegend) gebraten, wobei das im Fleisch enthaltene Salz kaum
verloren
ging.
Mit
dem
Seßhaftwerden
änderten
sich
die
Ernährungsgewohnheiten, pflanzliche Nahrung gewann an Bedeutung und
Fleisch wurde zunehmend gekocht, wobei sich viel Salz aus dem Fleisch
herauslöste. Es bestand daher die physiologische Notwendigkeit (vgl.
Kapitel 6),
dem
Körper
zusätzliches
Salz
zuzuführen.
Für
die
Entscheidung, wo eine Siedlung errichtet werden sollte, wurde das
Vorhandensein von Salz ebenso wichtig wie das von Wasser.
11. Als die Götter entstanden:
"Ihr seid das Salz der Erde" (Matthäus 5,13), so heißt der bekannte Satz
aus dem Matthäus-Evangelium. Salz gilt hier als Symbol der reinigenden
3
und erhaltenen Kraft. Es gibt noch eine Reihe anderer TextsteIlen in der
Bibel, in denen auf das Salz Bezug genommen wird. In allen spiegelt sich
der Wert und die Bedeutung des' Salzes für das menschliche Leben wider.
Salz war darüber hinaus Bestandteil vieler alter Kulte und Riten. Fast
immer gehörte Salz neben Früchten und Tieren zu den Opfergaben, die
man den Göttern darbot. So wird im 3. Buch Mose vom Salzbund
zwischen Gott und den Menschen berichtet.
111.Von Wegen und Straßen:
Das Salz mußte transportiert werden, gleichgültig, ob als Geld oder als
Handelsgut. Salz war nicht überall verfügbar und so wurde es zu einem
der wichtigsten Handelsartikel in Europa, Afrika und Asien. Die großen
Handelswege der Vergangenheit waren sehr häufig Salzwege, und der
Begriff "Salzstraße" ist wahrscheinlich schon mehr als 3000 Jahre alt.
Auf der Via Salaria wurde das Salz aus den Salzgärten von Ostia über
den Apennin nach Truentum an die Adria befördert. Die Salzstraßen des
Mittelalters gingen von Halle an der Saale, Reichenhall, Salzburg und
Kolberg aus; die Route Lüneburg-Lauenburg-Mölln-Lübeck heißt heute
noch so. Salzkarawanenstraßen verbanden die Salzoasen der Lybischen
Wüste miteinander. Auch Flußläufe und Seewege spielten für den
Salztransport eine wichtige Rolle.
IV.Vom Handel und Geld:
Salz als Geld, das klingt zunächst ungewöhnlich und doch war das
manchmal der Fall. Salz war
eine
begehrte Handelsware und
Tauschmaterial, die schon frühzeitig "Geldwert" dargestellt hat. Der
Ausspruch auf "Heller und Pfenning" erinnert noch heute an die im
Mittelalter in der Stadt Schwäbisch Hall geprägte Münze. Hall bedeutet
Salz und der Heller (ursprünglich Häller) soll als kleinste Münze bei der
Bezahlung der Arbeiter in den ansässigen Salinen gedient haben.
4
Die
heutige
Millionenstadt München verdankt
ihre
Existenz
oder
zumindest ihre Bedeutung dem Salz. Das Salz aus Reichenhall wurde
lange Zeit über die alte Isarbrücke bei Freising bis hin nach Augsburg
transportiert. Im Jahre 1156 ließ Heinrich der Löwe diese alte Isarbrücke
zerstören und sorgte dafür, daß von nun an das Salz über eine neu
erbaute Brücke bei der Siedlung "Munichen" transportiert wurde. Neben
den Zolleinahmen erlangte die Siedlung das Markt- und Münzrecht und
begründete damit ihren Aufschwung.
Geradezu
zwangsläufig
erweckte
Salz
als
begehrtes
und
lebensnotwendiges Gut das Interesse des Staates bzw. das der
Herrschenden. Seit frühester Zeit wurden daher Zölle und Steuern auf das
Salz erhoben. Seit 1867 wird in Deutschland, die durch den damaligen
deutschen Zollverein eingeführte, einheitliche Salzsteuer erhoben, die bei
12 DM/100 kg liegt. Die nicht für den menschlichen Genuß bestimmten
Salzsorten werden durch Vergällungsmittel (Eisenoxid, Eosin, u.a.) für
den Genuß untauglich gemacht und sind daher von der Salzsteuer
ausgenommen. Die Salzsteuer wurde als sogenannte Bagatellsteuer 1993
abgeschafft.
3. Salz und Salzlagerstätten
3.1 Salzgehalt der Meere
DEMONSTRATION 1: Meerwasser aus 1 I Nordseewasser
Den Salzgehalt des Meerwassers kann man sehr anschaulich dadurch
zeigen, indem man 1 I Meerwasser eindampft und das getrocknete Salz
anschließend in einen möglichst ungraduierten Standzylinder füllt.
Den
Wasserstand,den 1 I Wasser einnehmen würde, markiert man entsprechend
am Standzylinder.
5
Alles Salz, ob es nun in Salzgärten, aus Sole oder im Bergwerk gewonnen
wird, stammt im Endeffekt aus dem Meer. Alle großen Salzablagerungen sind
aus dem Meer kristallisiert. Das Meerwasser (Ozeane) besteht zu etwa 3,5 %
aus gelösten Salzen. Die 3,5 % sind allerdings nur ein Durchschnittswert, in
kühlen
Meeren und Meeresbecken (Ostsee:
1-2 %) mit überwiegender
Süßwasserzufuhr liegt der Salzgehalt niedriger, in Gebieten mit starker
Verdunstung (Totes Meer: 26 %) zum Teil beträchtlich höher.
Das Meerwasser ist eine Salzlösung (vgl. Abb. 1), die im wesentlichen
Kochsalz, daneben auch noch Kaliumchlorid, Magnesiumsulfat, Calciumsulfat,
Calciumcarbonat und andere Salze enthält. Neben den anorganischen Salzen
r>
enthält das Meerwasser auch gelöste Gase, die aus dem kontinuierlichen
Kontakt und Austausch mit der Atmosphäre stammen. Seine chemische
Zusammensetzung ist seit Beginn des Paläozoikums vor etwa 600 Millionen
Jahren annähernd konstant. Die Kationen sind dabei als Verwitterungsprodukte
der die Kontinente aufbauenden Gesteine und Erden aufzufassen, die von den
Landmassen durch die Flüsse ins Meer transportiert werden. Im Gegensatz
dazu sind die Anionen im wesentlichen durch Entgasungsprozesse aus tieferen
Gesteinsschichten der Erdkruste und des Erdmantels in das Meerwasser
gelangt .
Abb. 1: Meerwasseranalys
100%
90%
80%
~
0
[J CaC03 0,28
70%
DMgBr2 0,28
60% .
B KCI
50%
D CaS0 4 3,70
40%
30%
20%
10%
0%
2,28
D MgS0 4 6,55
B MgCl2 9,40
[] NaCI 77,49
6
3.2 Entstehung der Salzlagerstätten
Die Bildung der Salzlagerstätten ist auf den ersten Blick ein einfacher und
logischer Vorgang: Das Wasser verdunstet - das Salz bleibt übrig. Bei einer
100 m hohen Wassersäule hätte man allein durch Verdunstung eine etwa
1,6 m dicke Salzschicht zu erwarten. Im norddeutschen Zechstein findet man
allerdings Lagerstätten mit einer Mächtigkeit von über 600 m bis hin zu
1000 m. Das Meer, aus dem diese Salzschicht ausfallen kann, müßte etwa
eine Tiefe von 60 km gehabt haben und das ist schlicht undenkbar. Die
Salzlagerstättenbildung ist demnach ein weitaus komplizierterer Vorgang.
Abb. 2: Entstehung eines Salzlagers nach der Barrentheorie
nachströmendes
Salzwasser
I I I
Verdunstung
Weltmeer
Eine Erklärung liefert die von earl Ochsenius begründete Barrentheorie (vgl.
Abb. 2). Nach dieser Theorie werden 4 Verdunstungsphasen unterschieden, in
denen die Salze gemäß dem Prinzip der Fraktionierten Kristallisation ausfallen.
Die Konzentrationen der Ionen im Meerwasser sind so gering, daß keine Salze
ausfallen können. Nur in bezug auf Calciumcarbonat ist Meerwasser in vielen
Ozeanteilen übersättigt. Um andere Salze zur Ausscheidung zu bringen muß
7
die Konzentration im Meerwasser stark erhöht werden. Nach der Barrentheorie
ist dazu ein weitgehend vom offenen Ozean abgetrennter Meeresteil
notwendig. Ist die sogenannte Barre so gestaltet, daß nur soviel Seewasser
über sie fließt, wie an der Oberfläche des Beckens verdunsten kann, so bildet
sich bei warmen, regenlosen oder regenarmen Klima (arides Klima) und
fehlendem Zufluß von Süßwasser zu der Bucht ein Salzlager. Dabei muß sich
das Ablagerungsbecken in dem Maß senken bzw. die Barre tektonisch
anheben, wie sich das Salz ablagert. Schichten aus feinem Sand und Ton
schützen das Lager vor späterem Wassereinbruch. Die Reihenfolge der
Sedimentation entspricht dabei den Löslichkeitsverhältnissen der Salze
~.
(4 Phasen: CaC0 3- ,
CaS04-, NaCI- und K-Mg-Chlorid-Sulfat-(Edelsalz)-
Phase). In Wirklichkeit sind die Verhältnisse noch weitaus komplexer.
3.3 Vorkommen von Steinsalzlagern
Marine Salzlager sind in den meisten geologischen Formationen entstanden,
und ihre Bildung läßt sich über einen Zeitraum von annähernd 600 Mill_ionen
Jahren in vielen Teilen der Erde verfolgen. Für Europa sind die bedeutendsten
Lagerstätten die in der Perm-Periode gebildeten Lager der ZechsteinFormation (vor 240 Millionen Jahren) in der Norddeutschen Tiefebene. Das
sogenannte Zechsteinmeer hatte eine Fläche von fast 500 000 km2 und
erstreckte sich zwischen England und Polen in West-Ost und von Dänemark
bis Thüringen/Hessen in Nord-Süd-Richtung. Die durchschnittliche Tiefe dürfte
mindestens 200 m betragen haben. Die geologische Formation des Trias (vor
200 Millionen Jahren) lieferte die Salzlager an Neckar und Kocher sowie die
Salzvorkommen von Berchtesgaden.
Die heute erschlossenen Salzlagerstätten
liegen nicht alle
in der
ursprünglichen flachen Lagerung vor. Statt dessen sind viele Lagerstätten steil
gelagert, man spricht dann auch von Salzstöcken (vgl. Abb. 3) , Salzdomen
oder Diapiren. Eine Ursache für die Entstehung dieser steilen Lagerstätten ist
die Plastizität des Salzes. Unter hohen Drücken ist Salz plastisch verformbar
8
und beginnt zu "fließen". Für das Aufsteigen der Salzmassen und die damit
verbundene Bildung der Salzdome ist außerdem noch die niedrigere Dichte
von Salz gegenüber den umgebenden Sedimentgesteinen verantwortlich .
Neben den festen Lagerstätten finden sich auch flüssige Salzlagerstätten, in
denen das Salz in Form konzentrierter Solen vorliegt.
Abb. 3: Schnitt durch einen Salzstock
54
W1
W I WI4
WNW
0 W2
5I
oso
53
o
511
200.
400 .
r>.
600
1000 .
\200 .
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16OC'
1600 .
1800
1800.
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3000.
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3200.
3400 .
3600 .
,I """'.
3.4 Auslaugung von Salzlagern (Solequellen)
Steinsalz ist sehr leicht in Wasser löslich, normalerwe ise findet man es
daher nirgends natürlich aufgeschlossen, sondern meist erst mehr als 100 m
unter der Erdoberfläche . Unter bestimmten Bedingungen , beispielsweise der
Tieferlegung eines Flusses oder durch Grundwasser, können Steinsalzlag er
weggelöst werden. Die Auflösung der Salzgesteine bewirken eine beträchtliche
Reduktion der ehemaligen Schichtmächtigke it. Die Auflösung erfolgt nicht
kontinuierlich
und
flächig ,
so
daß
es
zu
Auflockerungen
und
9
Verkarstungserscheinungen
im
Gestein
kommt.
Dadurch
werden
Aufstiegswege für salzhaltiges Wasser geschaffen, was zum Austritt von
Solequellen
führen kann. Als
Sole
bezeichnet . man
definitionsgemäß
salzhaltige Wässer, deren NaCI-Gehalt über 15 gll liegt.
Abb. 4: Salz- und Solevorkommen im Bad Reichenhaller Becken
Einzugsgebiet
(Grundwassemeubildung)
,.,..........,. ~ ~~
Reichenhaller Kalk
(Grundwasser leiter =
gesättigte Sole)
Damit salzführendes Wasser an die Oberfläche dringen kann, muß es unter
artesischem
Druck stehen. Niederschlagswasser versickert
und
dringt
schließlich bis zu den salzführenden Schichten im Untergrund vor. An Klüften
und entlang von Verwerfungen steigt das unter Druck stehende Wasser dann
nach oben, gelangt entweder an die Oberfläche oder wird entlang von
wasserundurchlässigen
Schichten
unter
der
Bodenoberfläche
weiterverfrachtet. In Abhängigkeit von den geologischen Bedingungen treten
Solequellen auch dort zu Tage, wo sich in unmittelbarer Nähe eigentlich keine
Salzlagerstätten finden (z.B. Solequellen in der Hellweg-Region) .
10
In der Abb. 4 sind die Verhältnisse für die Solequellen Bad Reichenhalls
dargestellt.
Die
eigentlichen
Laugungsräume
Salzgestein,
liegen
während
dabei
die
im
Haselgebirge,
Grundwasserneubildung
dem
im
umliegenden Kalkgebirge erfolgt.
VERSUCH 1: Entstehung einer Solequelle
In diesem Versuch werden die Auflösung des festen Steinsalzes durch
absinkendes Wasser und die artesischen Verhältnisse an der Solequelle
gezeigt.
Durchführung:
Chemikalien: Silbernitrat-Lsg. (w
=0,1), Steinsalz (farbig)
Materialien: große Chromatographiesäule, Stativmaterial, PVCSchlauch, Quetschhahn, Glaswolle, Demoreagenzglas
Sonstiges:
verschiedene Gesteine, Sand, Kies
In die Chromatographiesäule wird zunächst ein kleiner Glaswollebausch
gestopft, um zu verhindern, daß späteres Füllmaterial den feinen Auslauf der
Säule verstopft. Darauf gibt man einige Brocken festes Steinsalz und
überschichtet anschließend mit den verschiedenen Stein- und Kiesmaterialien,
welche die geologische Schichtung (z.B. Quartäre u, Tertiäre Sedimente,
Muschelkalk, Buntsandstein, Steinsalz u.a.) darstellen sollen. Der Auslauf der
Säule wird mit einem PVC-Schlauch verbunden und mit einem Quetschhahn
verschlossen. Danach gibt man möglichst kontinuierlich Wasser auf die Säule
und reguliert den Wasserfluß mit Hilfe des Quetschhahns ein. In der
austretenden Salzlösung lassen sich Chlorid-Ionen mit der Silbemitrat-Lösung
nachweisen.
11
Auswertung:
Die Trübung im Demoreagenzglas wird durch die Fällung von Silberchlorid
hervorgerufen.
AgCli (weiß) + H30+ + N0 3(KL AgCI = 10-10 mo1 211 2 )
4. Struktur von Steinsalz (NaCI)
Abb . 5: Kristallstruktur und Eigenschaften von NaCI
Ionenkristall-Gitter: NaCI (6/6)
Härte (Mohs): 2
Dichte:
2,1-2,2 g/cm 3
Farbe/Glanz: farblos
Bruch:
muschelig, spröde
Spaltbarkeit:
{100} vollkommen,
Translation auf {11O}
Farbigkeit von Steinsalz:
• gelbe bis braune Färbung:
-+ Einlagerung von Hämatit und Limonit
• graue bis schwarze Färbung:
-+Einschlüsse von Ton und organischen Material
• Phänomen: "Blaues Steinsalz"
-+ Farbzentren mit freien Elektronen im Kristallgitter, hervorgerufen
durch radioaktive i'-Strahlung
12
DEMONSTRATION 2: Plastizität von Steinsalz
Steinsalz ist plastisch verform bar, diese Eigenschaft spielte bei der
Entstehung der steilen Lagerstätten eine wesentliche Funktion. Die Plastizität
kann man leicht zeigen, indem man kleine Spaltstücke verbiegt.
Die
Spaltstücke werden dazu mit Hilfe von Messer und Hammer vom Mineral
abgetrennt. Dabei ist darauf zu achten, daß lediglich parallel zu den Kanten
des kubischen Kristalls eine vollkommene Spaltbarkeit besteht. Trifft man
diese Spaltebene nicht, bekommt man keine gleichmäßigen Stäbchen,
sondern bestenfalls unregelmäßige Bruchstücke. Die etwa 1 cm langen und 2r>
3 mm breiten Stäbchen legt man anschließend für einige Minuten in eine
annähernd gesättigte Kochsalz-Lösung. Fehlstellen an der Gitteroberfläche
können auf diese Weise ausgeglichen werden. Mit etwas "Glück" gelingt es
danach die Spaltstücke unter gleichmäßigem, aber nicht zu kräftigen Druck
sichtbar zu verbiegen.
Die Plastizität ist auf die Translationsebene {110} zurückzuführen, in der
man die Gitterbausteine gegeneinander verschieben kann, ohne daß der
Gitterzusammenhalt durch Aufeinandertreffen von gleichen Ladungen verloren
geht.
5. Methoden der Salzgewinnung
Natriumchlorid wird in der Hauptsache nach drei Methoden gewonnen. Je
nach Gewinnungsmethode bekommt das Salz einen besonderen Namen.
(1 )Verdunstung von Meerwasser in Salzgärten:
(2)Bergmännischer Abbau:
(3)Eindampfen von Sole:
~
-+ MEERSALZ
-+ STEINSALZ
SIEDESALZ (Kochsalz)
13
Abb. 6: Heutige Gewinnung von Speise- und Gewerbesalz
SteinsalzLagerstätte
Aussolen
Bergmännischer
Abbau
Chemische
Solereinigung
Auflösung
Kristallisation
Mechanische
Aufbereitung
Eindampfung
Kristallisation
Nachbehandlung
Nachbehandlung
II
Nachbehandlung
~
SIEDESALZ
SIEDESALZ
STEINSALZ
In Deutschland werden etwa 90 % des Salzes als Steinsalz gefördert, der
Rest wird aus Solen gewonnen. In warmen Länder, zum Beispiel an den Küsten
des Mittelmeeres, ist der Anteil von Meersalz an der Gesamtproduktion
beträchtlich. In Spanien beträgt der Anteil ungefähr 80 0/0, in Italien etwa 60 0/0
und in Frankreich wird fast die Hälfte des Bedarfs an Salz aus Meerwasser
gewonnen. Die Salzgewinnung in Salinen ist eine sehr alte Methode, bereits in
den Salzgärten der Antike nutzte man die Sonnenwärme, um das Wasser zu
verdunsten. Übrigens findet man hier die gleiche Abscheidungsfolge der Salze,
wie sie auch der Barrentheorie zugrunde gelegt ist.
Die Abb. 6 gibt einen Überblick über die heutige Gewinnung von Speise- und
Gewerbesalz. Man ist heute nicht mehr auf natürliche Solequellen angewiesen,
14
sondern man beutet auch Salzlagerstätten dadurch aus, daß entweder die Salze
durch in die Tiefe gepumptes Wasser unter Tage gelöst werden oder man stellt
die gesättigte Sole durch Lösen von bergmännisch gefördertem Steinsalz her.
Als Speise- oder Tafelsalz wird fast ausschließlich das aus dem Eindampfen
von Sole erzielte Siedesalz verwendet, was sich durch eine höhere Reinheit
gegenüber dem Steinsalz auszeichnet. Das bergmännisch gewonnene Steinsalz
wird dagegen vorwiegend als Gewerbe- und Fabriksalz verwendet (vql, Abb. 9).
Abb. 7: Standorte der deutschen Salzindustrie
o
l
50
I
100 kJn
I
•
11 Bergwerk
• Saline
15
Die Technik der Siedesalz-Herstellung ist in Europa bereits seit dem
5. Jahrtausend v.Chr. bekannt. Notwendig für dieses Herstellungsverfahren
war das Vorhandensein einer Solequelle, die häufig mehr oder wenig zufällig
entdeckt wurde. So soll angeblich ein sagenumwobenes Schwein vor mehr als
1000 Jahren die Solequelle vor den Toren der Stadt Lüneburg entdeckt haben.
Die primitivste Technik der Siedesalz-Gewinnung war das Übergießen von
heißen Steinen mit Salzwasser, man schabte danach die Salzkruste dann
einfach von den Steinen ab. Bereits etwas fortschrittlicher war die sogenannte
Briquetage-Technik, bei der die Sole in Tongefäßen auf kurzen Füßen in die
Glut gestellt wurden.
Bereits aus dem 7. Jahrhundert n.Chr. sind Siedepfannen bekannt. Zur
Eindampfung der Sole verwendete man nun metallene Pfannen, in denen die
Siedesalzgewinnung in einem wesentlichen größeren Rahmen und vor allen
sehr viel effektiver durchgeführt werden konnte. Problematisch bei dieser
Methode ist der immense Verbrauch an Heizmaterial, fast ausschließlich Holz
neben etwas Kohle. Holz wurde in der Nähe der mittelalterlichen Siedehütten
bald zur Mangelware und mußte unter großen Mühen herangeschafft werden.
Die
Brennstoffknappheit zwang die
Salzsieder
ab
dem
Mittelalter,
Siedemethoden zu finden, die weniger Brennmaterial erforderten. Ein Weg zu
diesem Ziel war die Soleanreicherung. Es waren mehrere Methoden der
Soleanreicherung im Gebrauch, die für die Salzgewinnung bedeutendste
Verbesserung
brachte
die
Domgradierung
(vgl. Versuch 2),
die
im
18. Jahrhundert aufkam.
Unter Gradierung (Iat. gradus = Schritt) versteht man die Konzentrierung der
Sole durch Wasserverdunstung, die Sole wird somit auf einen höheren "Grad"
gebracht.
Die
Salzgewinnung
aus
höher
konzentrierterer
Sole
war
entsprechend gewinnbringender für die Salzsieder, weil einfach weniger
Brennmaterial benötigt wurde.
Die Gradiertechnik verlor
ihre Bedeutung mit
der
Erbohrung von
Solebrunnen. Die Förderung von hochkonzentrierter Sole, unabhängig davon,
16
ob es sich um natürliche Solevorkommen oder um ausgesolte Steinsalzlager
handelte, machte die zeitaufwendige Gradierung überflüssig.
Heute dampft man die Sole nicht mehr in offenen Pfannen ein, sondern
verwendet geschlossene Verdampfergefäße,
um die
Energiekosten
zu
minimieren. Die Bemühungen um eine bestmögliche Wärmeausnutzung
führten zur Anwendung der Mehrfachstufenverdampfung , bei der mehrere
Verdampfer hintereinander geschaltet sind.
Vor dem
Einfüllen
in die
Verdampfergefäße muß die Rohsole einer Reinigung unterzogen werden (vgl.
Demonstration 3). Aus der Verdampferanlage wird ein Salzbrei abgezogen, der
anschließend durch Eindicker und Zentrifugen entwässert und dann Trocknern
J~
zugeführt wird. Danach wird das Salz über Siebmaschienen in verschiedene
Körnungen klassiert.
Im Jahre 1993 waren in Deutschland sechs bedeutende Unternehmen in der
Salzproduktion tätig, darunter befinden sich neun Salzbergwerke (z.B. Solvay
Salz, Borth; Kali und Salz, Hattorf) und vier Salinen (z.B. Saline Bad
Reichenhall).
VERSUCH 2: Funktion eines Gradierwerks
Die mächtigen Gradierwerke prägten lange Zeit das Bild der Sudhütten.
Gradierwerke sind Bauwerke von gewaltigem Ausmaßen, zwischen der
bedachten Gerüstkonstruktion aus Holzbalken wird das Reisig in Bündeln rund
10m hoch aufgeschichtet. Zum Gradieren verwendete man meistens Bündel
aus Schwarzdornreisig (Schwarzdorn, Schlehe
=Prunus
spinosa) , über die
man die Sole verrieselte. An den Domen, welche die Oberfläche enorm
vergrößern,
entstehen
feinste
Flüssigkeitströpfchen,
die
durch
die
Sonnenwärme verdunsten und damit die Konzentrierung der Sole bewirken.
Die konzentrierte Sole wurde in Behältern aufgefangen, die meistens unter den
Domwänden in die Erde eingelassen waren.
17
Wichtig bei der Gradierung war die gleichmäßige Verteilung der Sole auf die
Dornwände, die im übrigen alle 5-6 Jahre erneuert werden mußten. Dieses
geschah mit Hilfe von Leitungen oder Behältern und zahlreichen, daran
angeschlossener Hähne. Die Beaufsichtigung der Gradierwerke und die
Bedienung der Hähne geschah durch die Gradiermeister und ihre Helfer. Sie
hatten außerdem dafür zu sorgen, daß je nach Windverhältnissen die eine
oder andere Seite des Gradierwerks mit
Sole
beaufschlagt wurde.
Druckpumpen, angetrieben von Wasserrädern, förderten die Sole dabei
empor. Die Sole mußte mehrfach über die Dornwände laufen, bis die
gewünschte Aufkonzentration erreicht war.
r>.
Das feine Zerstäuben der Sole am Dornreisig hatte für den anschließenden
Siedeprozeß noch einen weiteren Vorteil: Entsprechend ihres geringen
Löslichkeitsproduktes schieden sich vor allem auch Verunreinigungen beim
Aufkonzentrieren der Lösung ab, z.B. Calcium- und Magenesiumcarbonate und
-sulfate.
Dieser
sogenannte
Domstein
wurde
wegen
seines
Mineralienreichtums gern als Düngemittel eingesetzt.
Die Luft in der Nähe der Gradierwerke wird durch die Zerstäubung der Sole
mit Salz angereichert, ein Aerosol entsteht. Demnach hat ein Aufenthalt am
Gradierwerk den gleichen Effekt wie ein Spaziergang am Meer; er lindert
Erkrankungen
r>
der
Atemwege.
Gradierwerke
werden
neben
dem
kulturhistorischem Interesse auch zu Kurzwecken erhalten und genutzt.
In diesem Versuch wird die Ankonzentrierung der Sole durch ein
Modellgradierwerk verdeutlicht.
Durchführung:
Chemikalien: Sole oder verdünnte Natriumchlorid-Lsg. (verunreinigt)
Materialien: großer Glastrichter, pneumatische Wahne, PVCSchlauch, Schlauchklemme, Niveaugefäß, Stativmaterial, Vollpipette (50 ml), Bechergläser, Waage
Sonstiges:
Schlehenreisig und -äste, Wickeldraht, Gartenschere
18
Aus dem Schwarzdornreisig bindet man kleine, etwa 20 cm lange Bündel,
die man gleichmäßig in ein Gestell aus Schlehenästen schichtet. Dabei werden
.- sowohl die Bündel als auch das Gestell gut und fest mit dem Wickeldraht
verbunden. Diese Konstruktion stellt den Kem des Modellgradierwerks dar und
wird über dem Trichter an einer Stativstange befestigt. Die Sole läuft aus dem
Niveaugefäß über den PVC-Schlauch auf das Reisiggeflecht. Um eine
optimale Verteilung der Sole zu gewährleisten, kann man den PVC-Schlauch
im Endabschnitt mit feinen Löchern versehen (Stopfen am Ende!), aus denen
die
Sole
dann
möglichst
gleichmäßig
austreten
sollte.
Die
Durchflußgeschwindigkeit kann mit dem Quetschhahn eingestellt werden, sie
richtet sich nach der jeweiligen Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit.
Die gradierte Sole läuft dann über den Trichter in die pneumatische Wanne.
Den Erfolg der Gradierung kann man verfolgen, indem man die Dichte der
Sole vor und nach der Gradierung bestimmt. Die Unterschiede sind in der
Regel sehr klein. Die Dichte läßt sich einfach dadurch bestimmen, daß man
100 ml Proben entnimmt, deren Masse ermittelt und daraus die Dichte
berechnet.
Auswertung:
Im Experimentalvortrag wurde Sole aus einer Thermalsolequelle verwendet.
In Abb. 8 ist die Dichte nach 5 Gradierschritten aufgetragen. Nach 5
Durchläufen der Sole erhält man eine Dichteerhöhung um den Faktor 1,24.
Zum Vergleich, voll gesättigte Sole hat bei 15°C eine Dichte von 1,204 g/ml
und einen NaCI-Gehalt von 26,4 % (317,86 g/I). Die hier verwendete Sole hat
anfänglich einen NaCI-Gehalt von etwa 70 g/1.
Auffällig ist der Rückgang der Dichte zwischen der 1. und 2. Gradierung, der
vermutlich auf die Fällung schwerlöslicher Salze im Reisig zurückzuführen ist.
Den
Dornstein
erkennt
man
als
weiß-bräunliche
Demonstration 3) besonders auf den Schlehendornen.
Ablagerungen
(vgl.
19
Abb. 8: Dichtebestimmung nach Gradierung
1,0460
-r------------,----,------------::l
1,0440
~
1,0400
oE
GI
~
C
1,0380
1,0360
1,0340
2
3
4
Gradierung
DEMONSTRATION 3: Solereinigungsverfahren
Gesättigte Sole ist das Ausgangsprodukt für die Herstellung von Siedesalz,
(>
für die Sodaerzeugung und für die elektrische Gewinnung von Chlor und
Natronlauge. Diese Sole wird als Rohsole durch Lösen von Steinsalz, aus
natürlichen Solevorkommen oder durch Lösen von
Meersalz gewonnen .
Sowohl Steinsalz als auch Meersalz enthalten als Hauptverunreinigungen Caund Mg-Verbindungen. Für die Herstellung von Siedesalz müssen diese
Verunreinigungen entfernt werden,
man
nimmt
daher eine
chemische
Reinigung der Rohsole vor. Die Entfernung der gelösten Ca- und Mg-Ionen
erfolgt hauptsächlich durch Behandlung der Rohsole mit Kalkmilch und Soda
oder auch mit Natronlauge und Soda . In der Technik führt man die Fällung der
Ca- und Mg-Verbindungen
Magnesiumhydroxid
in zwei
(Gleichung 1)
Stufen durch.
und
Mit Kalkmilch wird
anschließend
durch
Soda
20
Calciumcarbonat
(Gleichung 2)
Sedimentationsvorgangs
ausgefällt.
werden
Zur
Flockungsmittel
Beschleunigung
(z.B.
des
Polyacrylamide)
zugesetzt.
(1) Mg 2+ + Ca 2+ + 20H-
----
(2) Ca2+ + 2Na+ + C0 32-
~
Mg(OHhJ.. (weiß) + Ca 2+
b
CaC0 3 t (weiß) + 2Na+
Die chemische Reinigung der Rohsole kann man verfolgen, indem man zu
der Rohsole Kalkmilch und Soda zusetzt, den Ansatz filtriert und anschließend
auf dem Wasserbad eindampft. Der Vergleich mit dem Salz aus unbehandeltet
Sole ergibt deutliche Unterschiede in bezug auf Färbung und Menge.
_6. Einsatzbereiche und Verwendung von NaCI
Die Produktion von Natriumchlorid ist als Folge der gewaltig gestiegenen
industriellen Nachfrage etwa ab dem Ende des letzten Jahrhunderts sprunghaft
0·
angestiegen. Mit der Patentierung seines Verfahrens zur Herstellung von Soda
aus Kochsalz führte Nicholas Leblanc im Jahre 1791 die chemische Industrie
in eine neues Zeitalter. Durch die billige Produktion von Soda erlebte die
britische Textil- und Glasindustrie einen enormen Aufschwung. Die Produktion
von Seife profitierte ebenfalls von der billigen Soda; aus dem Luxusartikel
Seife wurde ein Gebrauchsartikel Seife. Dank der größeren Sauberkeit und
Hygiene gingen gefährliche ansteckende Krankheiten entscheidend zurück.
21
Abb. 9: Einsatzbereiche und Verwendung von NaCI
MEERSALZ
STEINSALZ
SIEDESALZ
NaCI
r>.
INDUSTRIE
I
I
I
t
Medikamente
Farbstoffe
Lösungsm ittel
Kunststoffe
C12, NaOH
Papier
Glas
GEWERBE
ERNÄHRUNG
,
.
I
I
I
Waschmittel
Wasserenthärtung
Gerberei
Textilfarben
Auftausalz
Kerarnik .
I
I
f
Milchprodukte
Backwaren
lodsalz
Fluorsalz
Fleischwaren
Infusionslösungen
Neben der Soda-Produktion ist es vor allem die Chloralkali-Elektrolyse im
Zusammenhang mit der Entwicklung von Kunststoffen einer der wichtigsten
Gründe für den Anstieg der Natriumchlorid-Produktion. 1993 wurden allein in
Deutschland 12 Millionen Tonnen Salz hergestellt.
Die Verwendung von Salz ist äußerst vielseitig, man spricht in diesem
Zusammenhang von dem Produkt mit den 10 000 Anwendungszwecken. Die
Einteilung in Industrie-, Gewerbe- und Speisesalz bzw. Salz für die Ernährung
spiegelt die verschiedenen Anwendungszwecke wider.
22
6.1 Industrie
Unter
Industriesalz
versteht
man
das
Salz,
das
für' industrielle
Stoffumwandlungen gebraucht wird, das ist in erster Linie die chemische
Industrie. Rund 65°A> des gesamten Salzbedarfes in Deutschland werden für
die Chloralkali-Elekrolyse und die Sodaerzeugung verbraucht.
VERSUCH 3: Chloralkali-Elektrolyse
Das Diaphraghma-Verfahren ist das älteste der heute noch in Gebrauch
stehenden drei großtechnischen Elektrolyseverfahren zur Chlordarstellung. Es
wurde 1891 in der Chemikalienfabrik Griesheim erstmalig durchgeführt. Trotz
verschiedener Nachteile (z.B. schlechte Produktqualität, hoher Energiebedarf)
ist es zur Zeit noch weit verbreitet, wird aber allmählich durch das MembranVerfahren
verdrängt. Als
beschichtete Titanstäbe
Anodenmaterial
verwendet
und
werden
mit
Rutheniumoxid
als' Kathodenmaterial
dienen
Sta'hllochbleche. Die Diaphragmen bestehen aus Asbestfasem, werden aber
wegen der Umweltbelastung mittlerweile vielfach durch Kunststoffasern
ersetzt.
Die Chloralkali-Elektrolyse kann in verschiedenen Versuchsaufbauten
durchgeführt werden. So eignet sich beispielsweise auch ein U-Rohr mit
Glasfritte zur Durchführung des Diaphragma-Verfahrens. Daneben kann die
Elektrolyse auch in Projektion auf einem Tageslichtprojektor durchgeführt
werden. Vorteilhaft sind dabei die großflächige Darstellung und der geringe
Chemikalieneinsatz, weshalb auf einen Abzug für die Durchführung des
Experiments verzichtet werden kann.
23
Durchführung:
Chemikalien: Natriumchlorid-Lsg. (YI = 0,1), Stärke-L3g.,
Kaliumiodid-Lsg., Phenolphthalein-Lsg.
Materialien: Elektrolyse-Petrischale (zweigeteilte Plexiglasschale),
Platinelektroden (auch andere Elektroden sind geeignet), Gleichspannungsquelle, Amperemeter, Voltmeter, Verbindungsschnüre mit Krokodilklemmen, evt.
Stativmaterial, Tageslichtschreiber, Pinzette,
Filterpapierstreifen, Glasplatte oder Tropfschale
Abb. 10: Schaltskizze für die Chloralkali-Elektrolyse
Projektions- .
meßgerät
Gleichspannungsquet'e
+
__- - + -__
v=
Salzbrücke
(Papierstreifen)
Natriumchlorid-LOsung
Kuoter- oder
Kohleelektrode
Kupfer- oder
Kohleetektrode
Elektrolyse-~triS("hale
Man gibt die Natriumchlorid-Lösung in beide Teilräume der zweigeteilten
Petrischale. Der Mittelsteg der Petrischale stellt dabei das Diaphraghma dar.
Als Salzbrücke verwendet man kleine Filterpapierstreifen, die man zuvor in die
Salzlösung taucht und gut durchfeuchten läßt. Die Anordnung der Elektroden
24
und Meßgeräte veranschaulicht die Schaltskizze. Nach dem Auflegen der
Salzbrücken wird ein Gleichstrom eingeschaltet, wobei etwa eine Spannung
von 10 V eingel'.alten wird.
Die Elektrolyse-Petrischale wird auf dem Overhead gestellt, wobei man die
Arbeitsplatte des Tageslichtschreibers durch eine zusätzliche Glasplatte oder
eine durchsichtige Tropfschale (Petrischale) schützen kann. Außerdem ist es
möglich, die Beschriftung der Elektrolyse auf Folie zu schreiben und dann
direkt mitzuprojizieren.
In
den
Kathodenraum
gibt
man
zusätzlich
einige
Tropfen
der
Phenolphthalein-Lösung und in den Anodenraum etwas festes Kaliumiodid
r".
oder einige Tropfen einer Kaliumiodid-Lösung. Wenn die im Anodenraum zu
erwartende Gelbfärbung nicht deutlich genug zu sehen ist, kann man
nachträglich noch Stärke-Lösung zugeben.
Auswertung:
2CI- ~ CI2t + 2e- (Oxidation)
• ANODE:
Nachweisreaktionen: CI2 + 2K+ + zr ~ 12 + 2Cr + 2K+
12 + r + K+
Nebenreaktion:
13- (gelb-braun) + K+
3CI2 (Überschuß) + 12
ICI3 (weingelb)
2H20 + 2e- ~ 20H- + H2 t (Reduktion)
• KATHODE:
Bereits nach kurzer Zeit ist der Ablauf der Elektrolyse direkt an der
Gasentwicklung
an den Elektroden
verfolg bar. Die
rosa
Färbung
im
Kathodenraum wird von Hydroxid-Ionen (Phenolphthalein als Säure-BaseIndikator) hervorgerufen, die durch die kathodische Reduktion von Wasser
entstehen. An der Kathode entsteht außerdem Wasserstoff, der als Gas
aufsteigt und entweicht. An der Anode werden Chlorid-Ionen zu Chlor oxidiert.
Chlor wird nachgewiesen, indem es die zugegebenen Iodid-Ionen zu Iod
25
oxidiert,
die
dann
mit überschüssigen
Iodid-Ionen
Triiodid-Ionen
oder
höherwertige Polyiodid-Spezies bilden. Bei Zusatz von Stärke-Lösung kommt
es zu der dunkelblauen Einschlußverbindung.
An der Anode wird Chlor abgeschieden und kein Sauerstoff, weil dieser an
Platin eine Überspannung hat.
6.2 Gewerbe
Als Gewerbesalz wird das Salz bezeichnet, das kein Speisesalz ist und nicht
für
eine
industrielle Stoffumwandlung
verwendet wird.
Darunter fallen
belsplelswetse der Einsatz als Regneriersalz bei Ionenaustauschverfahren der
Wasserenthärtung, die Verwendung in der Futtermittelindustrie,
in der
Gerberei, zu Konservierungszwecken und für Kältemischungen.
Ein Schwerpunkt des Gewerbesalzeinsatzes ist die Verwendung
als
Auftausalz. Heute entfallen je nach Härte und Dauer eines Winters etwa 12 %
des Salzverbrauchs auf den Straßenwinterdienst. Hierbei handelt es sich in der
Regel um reines Kochsalz, das (früher) lediglich aus steuerlichen Gründen für
den menschlichen Genuß untauglich gemacht wird (wurde). Neben den großen
Vorteilen, die der Einsatz von Auftausalz für die Verkehrsicherheit bringt, gibt
r<:
I
es eine unerfreuliche Nebenwirkung. Natriumchlorid fördert die Korrosion an
den Fahrzeugen.
VERSUCH 4: Wirkung von Auftausalz
Die Wiikung von Auftausalz beruht im Prinzip auf dem gleichen Phänomen,
das bewirkt, daß Meerwasser nicht so leicht zu friert wie Süßwasser.
Salzwasser hat demnach einen niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser. Diese
Gefrierpunktserniedrigung von Salzlösungen nutzt man bei der Herstellung von
26
Kältemischungen, früher für die Herstellung von Speiseeis und eben zum
Schmelzen von Eis und Schnee aus.
In diesem Versuch wird gezeigt, daß sich die Temperatur einer Eis-WasserMischung durch Zugabe von Salz deutlich erniedrigen läßt.
Durchführung:
Chemikalien: festes Kochsalz (Viehsalz), Eis
Materialien: Magnetrührer mit Rührfisch, Becherglas (500 ml),
Digitalthermometer, evt. Stativmaterial
rr-.
150 g zerstoßenes Eis werden mit 150 ml Wasser von Zimmertemperatur im
Becherglas vermischt und die Temperatur gemessen, sie sollte bei 0 °C liegen.
Anschließend gibt man in einem Schwung 25 g Salz hinzu und rührt zügig und
sorgfältig um. Sobald sich die Temperatur auf einem Wert eingeregelt hat, gibt
man erneut eine Portion Salz hinzu.
Auswertung:
Nach der Zugabe von Salz sinkt die Temperatur des Gemisches deutlich
r>
unter 0 °C herab. Diese Gefrierpunktserniedrigung ~tg ist eine Folge der
Dampfdruckerniedrigung der Salz-Lösung. Nach dem Gesetz von Raoult ist die
Siedepunktserniedrigung proportional der Molalität b des gelösten Salzes, also
proportional der Anzahl gelöster Teilchen.
Gefrierpunktserniedrigung:
~tg
= 2 * Eg * b NaCI
[K]
Die molale Gefrierpunktserniedrigung Eg ist eine Stoffkonstante, die einen für
das jeweilige Lösungsmittel charakteristischen Wert aufweist. Für Wasser ist
Eg(H 2 0 )
= -1,86
K
*
kg
*
mol'. Im Falle der NaCI-Lösung entstehen durch
27
Dissoziation zwei Teilchen, daher ist in der Gleichung der Faktor 2 zu
berücksichtigen.
Aus dem Schmelzdiagramm geht hervor, daß bei Temperaturen unterhalb
von -21,12 "C (Eutektikum) Eis und Kochsalz nebeneinander bestehen können.
Oberhalb dieser Temperatur gibt es nur entweder eine Salzlösung neben Eis
oder
eine
Salzlösung
neben
festem
Salz.
Die
maximal
erreichbare
Gefrierpunktserniedrigung liegt demnach bei -21,12 "C und wird durch die
Löslichkeit
von
Natriumchlorid
in
Wasser
begrenzt.
Die
Gefrierpunktserniedrigung mit steigender Salzkonzentration wird durch die
sogenannte Eiskurve widergegeben.
Das Schmelzdiagramm ist stark vereinfacht; in Wirklichkeit sind zur
umfassenden Beschreibung des Schmelzvorganges weitere komplizierte
Prozesse zu berücksichtigen.
Abb. 11: Schmelzdiagramm für das System NaCI/H 20
't- t rci
808-
unges. Lsg.
H20 /NaCI(I)
NaCI(s)
+ ges. Lsg.(I)
o
H 2O(s)
+ ges. Lsg.{1)
-21,12
H 2O(s)
I
+ Eutektikum.s, :
NaCI{s)
+ Eutektikurn.s,
W(H 2O)
1
0,696
0
W(NaCI)
0
0,304
1
28
6.3 Speisesalz im Alltag
Speisesalz ist nur das für die menschliche Ernährung bestimmte Salz. Es
handelt sich dabei ausschließlich um Meer- und Siedesalz. Nur etwa 5 % der
in Deutschland verbrauchten Salze werden als Speisesalz gehandelt. Größtes
Einsatzgebiet ist die Lebensmittelindustrie, wo das Salz vor allem für die
Konservierung von Lebensmitteln eingesetzt wird. Nur eine geringe Menge
geht in Form von Kleinverpackungen direkt in die Haushalte.
Vor dem Verpacken wird das Salz zur Erhaltung der Rieselfähigkeit mit
Trenn-
bzw.
Antibackmitteln
(Calciumcarbonat,
Kieselsäure,
Natrium-
hydrogenphosphat, Natriumhexacyanoferrat, u.a.) und gegebenenfalls mit
weiteren Zuschlagsstoffen versetzt. Die Zusatzstoffe werden dem Salz meist
kontinuierlich mittels geeigneter Dosiervorrichtungen beigegeben.
Jodiertes Speisesalz enthält zusätzlich 15-25 mg "lod"/kg Salz in Form von
Natrium- oder Kaliumiodat. Der Fluoridgehalt von fluoridiertem Speisesalz darf
einen Gehalt von 250 mg Kaliumfluorid/kg Salz nicht überschreiten. Daneben
werden noch eine Reihe von Sonderprodukten wie Vitaminsalze, Gewürz- und
Kräutersalze und verschiedene andere Gewürzzubereitungen auf dem Markt
angeboten.
DEMONSTRATION 4: Verklumpen von Magnesiumchlorid
Das
käufliche Speisesalz neigt
gelegentlich trotz
der zugesetzten
Trennmittel zum Verklumpen. Im Haushalt hilft man sich, indem man einige
Reiskörner in den Salzstreuer gibt. Für das Feuchtwerden des Speisesalzes ist
nicht das Natriumchlorid verantwortlich, sondern das in geringen Mengen
enthaltene Magnesiumchlorid. Magenesiumchlorid und auch Calciumchlorid
gehören zu den Fremdsalzen, die bis zu einem Anteil von 2,5 % im käuflichen
Speisesalz enthalten sein dürfen. Magnesiumchlorid ist nämlich im Gegensatz
zu Natriumchlorid hygroskopisch. Man kann das leicht demonstrieren, indem
man jeweils eine kleine Probe des getrockneten Salzes auf ein Uhrgläschen
aufträgt. Nach einigen Minuten wendet man die beiden Uhrgläschen. Während
29
das
Magnesiumchlorid
Luftfeuchtigkeit
gebunden
hat
und
an
der
Glasoberfläche haftet, rieselt das trockene Natriumchlorid leicht herunter.
Magnesiumchlorid liegt unter Normalbedingungen als Hexahydrat vor. In der
Gleichung ist die Wirkung von Natriumhydrogenphosphat als Trennmittel
formuliert.
Mg2+ + 2Cr + 2Na+ + HP042-
~
MgHP04~ + 2Na+ + 2Cr
7. NaCI und seine Funktionen im Organismus
Für die Lebensvorgänge in den Zellen sind Wasser und Salze in ganz
bestimmten Konzentrationen erforderlich. Da der Organismus u.a. durch
Schweiß, Urin, Kot und Atemluft laufend Salze und Wasser verliert, müssen
diese ständig mit der Nahrungsaufnahme ergänzt werden. Der Bedarf des
Menschen
ist
je
nach
klimatischen
Bedingungen
und
körperlicher
Beanspruchung sehr unterschiedlich. Der normale Erwachsene in Europa
benötigt pro Tag etwa 2,5 Liter Wasser und 5 bis 6 g Salz, wobei der
Mindestbedarf an Salz bei etwa 1,4 g pro Tag liegt.
Na+- und er-Ionen sind an vielen physiologischen Prozessen beteiligt, hier
einige wichtige Funktionen:
• Aufbau von Knorpel und Knochen
• Regulation des Wasserhaushaltes
• Erregbarkeit von Muskeln und Nerven
• Bildung von Salzsäure im Magen
• Geschmacksempfinden
Die Verteilung der Salze im Organismus ist komplex, wobei sich Intra- und
Extrazellulärraum in bezug auf ihre Ionen-Zusammensetzung deutlich von
30
einander unterscheiden. Während sich im Inneren der Zellen vorwiegend K+-,
Mg 2+_ und POl--lonen finden, überwiegen im Extrazellulärraum Na-, Ca 2+- und
Ct-lonen. Allerdings haben die extra- und intrazellulären Körperflüssigkeiten,
von wenigen Ausnahmen abgesehen,
die gleiche Osmolalität von ca.
290 mosm/kg H20 . Diese Isoosmie ist entscheidend für die Wasserverteilung
zwischen
Intra- und Extrazellulärraum. Interessant ist, daß die Ionen-
Zusammensetzung der Extrazellulärflüssigkeit der des Meeres in etwa
entspricht oder anders ausgedrückt: Die Evolution des Lebens ging von Meer
aus
und
die
Organismen
haben
das
Milieu
des
Meeres
in
ihrer
Extrazellulärflüssigkeit bewahrt.
Der Salz- und Wasserhaushalt sind sehr eng miteinander verbunden und
beide werden hormonell gesteuert. Die NaCI-Auscheidung und Resorption
erfolgt in bzw. durch die Niere.
VERSUCH 5: Physiologische Kochsalzlösung
Das Blut ist neben der Gelenkflüssigkeit (Synovia) und der Tränenflüssigkeit
eine ganz wesentliche Extrazellulärflüssigkeit, deren Wasser- und Salzgehalt
ebenfalls in ganz engen Grenzen konstant gehalten werden muß. Was ohne
diesen
Regulationsmechanismus
passieren
würde,
läßt
sich
an
den
Erythrocyten demonstrieren. Die Extrazellulärflüssigkeit ist im wesentlichen
eine
Kochsalzlösung,
die 9 9 NaCl/1
enthält.
Eine
Kochsalzlösung
mit
9 g NaCl/1 wird deshalb als Physiologische Kochsalzlösung bezeichnet, sie ist
isotonisch mit der Extrazellulärflüssigkeit und schmeckt genauso salzig wie
Blut. Physiologische Kochsalzlösung findet in der Medizin Verwendung bei
Infusion und zur Behandlung von Wunden.
Durchführung:
Man läßt einige wenige Tropfen
Blut aus der Fingerbeere
in die
bereitgestellten Reagenzgläser laufen. Das erste Reagenzglas füllt man mit
31
destilliertem Wasser auf, das zweite mit Physiologischer Kochsalzlösung.
Anschließend stellt man beide Proben in ein Projektionsgerät und vergleicht
die beiden Lösungen im Hinblick auf Farbe und Trübungsgrad. Alternativ kann
man die Proben auch einige Minuten in einer Tischzentrifuge zentrifugieren.
Chemikalien: Physiologische Kochsalzlösung (w = 0,9 %)
Materialien: 2 Reagenzgläser, Projektionsgerät, Tischzentrifuge,
Zentrifugengläser, Gummistopfen, Einwegspritzen
Sonstiges:
kleine Lanzette, (Sterilium o.ä. Desinfektionsmittel),
Heftpflaster
Auswertung:
Werden
die
roten Blutkörperchen in eine hypotonische Flüssigkeit
(destilliertes Wasser) gebracht, so nehmen sie so lange Wasser auf, bis sie
platzen. Ein osmotischer Druckausgleich zwischen dem Zellinneren der
Erythrocyten und dem Außenbereich kann in diesem Fall nicht hergestellt
werden. Der rote Blutfarbstoff wird beim Platzen der Zellen freigesetzt und löst
sich in dem Wasser. Diese Lösung ist klar und bleibt auch nach dem
Zentrifugieren rot.
Bei
der
Zugabe
von
Pysiologischer
Kochsalzlösung
platzen
bzw.
schrumpfen die Erythrocyten nicht, weil diese Salzlösung zum Blut isotonisch
ist. Die roten Blutkörperchen behalten ihre ursprüngliche Form und setzen das
Hämoglobin nicht frei. In der Durchsicht erscheint diese kolloidale Lösung trüb.
Die Erythrocyten lassen sich durch Zentrifugation zur Sedimentation bringen,
so daß man danach einen roten Bodensatz mit einer klaren und zugleich
farblosen Flüssigkeit darüber vorfindet.
32
8. NaCI in der menschlichen Ernährung
Natrium- und Chlorid-Ionen sind in geringen Mengen von Natur aus in allen
Lebensmitteln enthalten. Je nach Art der Zubereitung kann der Gehalt
erheblich ansteigen. Nach den Daten des Emährungsberichtes von 1988 liegt
die Kochsalzzufuhr aus Lebensmitteln im Durchschnitt bei 7,2 g pro Tag. Den
größten Anteil haben Brot und Backwaren mit rund 28 %, danach folgen mit
etwa 26 % Fleisch und Fleischwaren, sowie Milch und Milchprodukte mit ca.
11 %. Der Salzgehalt von Lebensmitteln kann Nährwerttabellen entnommen
werden (vgl. auch Tab. 2).
Zuviel ist ungesund, diese Regel gilt auch für Kochsalz. Übertriebener
Salzgenuß wird insbesondere dann kritisch, wenn die Niere aus irgendwelchen
Gründen (Kreislaufschäden, verminderte Nierendurchblutung) nicht richtig
funktioniert.
In
diesem
Fall
ist
die
Regulierung
des
Salz-
und
Wasserhaushaltes gestört, im Körpergewebe sammelt sich Wasser an. Eine
weitere Folge erhöhter Kochsalzzufuhr ist Bluthochdruck, der allerdings auch
andere Ursachen haben kann. Dfe Behandlung kann durch eine salzarme
Ernährung erfolgen. Im Haushalt kann man bei der Speisenzubereitung gezielt
auf die verwendeten Salzmengen achten. So entspricht beispielsweise eine
Priese Salz etwa 0,5 g, eine Messerspitze ca. 1 g und ein Kaffeelöffel 5 9 Salz.
Tab. 1: Kochsalzgehalt von Lebensmitteln
Produkt
Brötchen
Salami
Schnitzel (paniert)
Salzhering
Trinkmilch
Gouda
Hühnerei
Möhren (Konserve)
NaCI-Gehalt
in 100g
Lebensmittel [g]
1,4
3,2
0,9
15,0
0,1
2,2
0,4
0,2
33
VERSUCH 6: "Leuchtende Gewürzgurke"
Der Nachweis von Kochsalz in Lebensmitteln kann mit den üblichen
Methoden
durchgeführt
werden.
Natrium-Ionen
lassen
sich
durch
Flammenfärbung qualitativ leicht nachweisen. Mit einem Magnesiumstäbchen
wird ein Stückchen der Probe direkt in die Bunsenbrennerflamme gebracht.
Auch dieser Versuch dient dem qualitativen Nachweis von Natrium-Ionen.
Durchführung:
Materialien: Wechselstromquelle, Voltmeter, Amperemeter,
Verbindungsschnüre, Krokodilklemmen, Plexiglasplatte, 2 Tonnenfüße und 2 Isolatorstäbe (alternativ:
Styroporkiste o.ä. Schutzvorrichtung), Kupferelektroden
Sonstiges:
Gewürzgurke, Papierhandtuch
Dieser Versuch ist nicht ganz ungefährlich, weil mit hoher Wechselspannung
gearbeitet
wird.
Man
informiere
sich
über
die
entsprechenden
Sicherheitsvorschriften.
Für das Experiment benötigt man einen Aufbau, bei dem eine Gurke
zwischen zwei Kupferelektroden eingespannt werden kann. Die Elektroden
werden von den Seiten in die Gurke soweit eingestochen, daß in der Mitte ein
Freiraum von etwa 3-4 cm verbleibt. Eventuell austretender Zellsaft wird mit
einem Papierhandtuch abgewischt und die Gurke trockengerieben. Die
Elektroden müssen unbedingt sehr gut isoliert werden. Man verwendet dazu
sogenannte Tonnenfüße und Isolatorstäbe, oder ein Gestell aus Plexiglas, bei
dem der Elektrodenabstand variiert werden kann, oder aber eine Styroporkiste,
in welche die Elektroden von außen eingesetzt werden. Außerdem muß der
Zugriff auf die Gurke während des Stromflußes durch eine Plexiglasplatte o.ä.
verhindert werden.
34
Man
startet
den
Versuch,
indem
man
zunächst
eine
niedrige
Wechselspannung anlegt und diese dann langsam erhöht. Die Erwärmung der
Gurke wird als erstes an den Enden erkennbar, an denen Wasserdampf
entweicht. Am Anfang ist der elektrische Widerstand der Gurke relativ gering,
erhöht sich dann aber sprunghaft, so daß der Stromfluß zusammenbricht.
Sobald die Gurke leuchtet, schaltet man die Spannungsquelle aus.
Auswertung:
Aufgrund des elektrischen Widerstandes der Gurke kommt es in derselben
zu einer starken lokalen Erwärmung. Die Energie reicht aus, um das
1"',
Valenzelektron des Natriums anzuregen. Das "Glühen" der Gurke wird
demnach verursacht durch das gelbe Licht, was beim Zurückfallen der
Elektronen auf das Grundniveau frei wird.
{NaCI}(s)aq
Na(g)
~E
~
=h
~
Na*(g)
11
V
{NaCI}(g)
~ Na(g)
~
Na(g) + CI(g)
(-ßE)
= h c JA Na: A = 589,3 nm (gelb)
11
VERSUCH 7: Potentiometrische CI--Bestimmung
Da Natriumchlorid gut wasserlöslich ist, läßt es sich mit Wasser aus der
jeweiligen Untersuchungsprobe herauslösen. Die Chlorid-Ionen können dann
mit Silbemitrat-Lösung als Silberchlorid gefällt und dadurch identifiziert
werden. Zum quantitativen Nachweis empfiehlt es sich jedoch, das organische
Material
im Porzellantiegel zu veraschen und aus der Asche
das
Natriumchlorid mit Wasser herauszulösen. Beim Lösen des Natriumchlorids
aus der Asche oder aus dem Lebensmittel direkt entstehen meist trübe
Lösungen, die sich nur schlecht filtrieren lassen und für die genannten
Analyseverfahren daher ungeeignet sind. Einfacher ist dagegen eine
35
potentiometrische Chlorid-Bestimmung, die sich eben auch in trüben Lösungen
durchführen läßt.
Durchführung:
Chemikalien: Silbernitrat-Lsg. (c
=0,1 molII), Bariumnitrat (p.a.)
Materialien: Küchenmixer, Meßkolben (1 ), Magnetrührer mit
Rührfisch, Silberchlorid-Elektrode (bzw. Elektrodenkombination, Voltmeter, Mikrobürette, Becherglas
(250 ml, hohe Form), Vollpipetette (50 ml).,
Stativmaterial
Sonstiges:
Gewürzgurke, Millimeterpapier, Alufolie
Die Gurke wird gewogen und im Küchenmixer unter Zugabe von wenig
destilliertem Wasser gründlich zerkleinert. Anschließend gibt man den Brei in
einem 1 I Meßkolben, füllt mit destilliertem Wasser bis zur Marke auf. Vor der
Titration wird die Proben-Lösung durch ein Teesieb filtriert. 50 ml des Filtrats
werden in das Becherglas einpipettiert und mit destilliertem Wasser auf ein
Volumen von ca. 100 ml verdünnt. Anschließend gibt man 4,5 9 Bariumnitrat
als
Leitsalz
hinzu
und
löst
dies
unter
Rühren.
Danach
wird
die
f'.
Elektrodenkombination, die an ein Voltmeter angeschlossen ist, in die Probe
getaucht. Die Titration erfolgt in 0,1 ml- bzw. in der Nähe des Äquivalenzpunkts
in 0,05 mi-Schritten unter ständigem Rühren. Es ist wichtig, den Meßwert
immer nach dem gleichen Zeitintervall abzulesen. In einem Diagramm werden
die Meßwerte (mV) gegen das Volumen an verbrauchter Maßlösung (mL)
aufgetragen und verbunden. Der Wendepunkt der Titrationskurve entspricht
dem
Äquvivalenzpunkt.
Aus
dem
Ergebnis
Natriumchloridgehalt pro 100 g Gurke berechnet.
wird
anschließend
der
36
Auswertung:
Prinzip: Potentiometrische Fällungsanalyse:
cr + Ag+
cAg+ • CCI-
~
=KL AgCI
Potentialmessung:
E
AgCI~ (weiß)
(KL AgCI =10-10 moI /12)
2
=
E°Ag/A9+
+ 0,059 * Ig CAg+
-Bezugselektrode: Silberchlorid-Elektrode (Ag!AgCI/Cr)
-+ Elektrodenpotential ist konstant
-Indikatorelektrode:
-+
Elektrodenpotential ist variabel
AE
=
E1nd.EI • EBez.EL
[mV]
Berechnung des NaCI-Gehaltes:
r-
Einwaage:
35,5 9 "Gewürzgurke" auf 1000 ml
Vorlage:
50 ml "Gewürzgurken"-Lösung
m(NaCI)
=V(AgN0
3) *
ceq(AgN03 ) * t * Meq(NaCI) * VF in [mg]
ceq(AgN03)
Meq(NaCI)
=0,1 mol/l
=58,44 g/mol
t
= 1,035
VF
=20
m(NaCI)
=4,4 ml " 120,97 mg
=> m(NaCI)/100g
*
rnl'
=532,3 mg
=149 mg = 1,49 9
37
Der berechnete Kochsalzgehalt von 1,49 g NaCI/100 9 GeWÜrzgurke ist
mehr als doppelt so hoch wie der in der Literaturwert von 1)49 9 NaCI/100 g.
Der Salzgehalt der Gewürzgurken hängt allerdings stark von der Zubereitung
ab, je nach Rezeptur wird hier mehr oder weniger viel Salz zugegeben.
9. Literaturverzeichnis
• AID [Hrsg,] (1995): Salz - in unserer Ernährung. Bonn.
• BOCHTER, R. (1996): Historische Siedesalzerzeugung in Bad Reichenhall.
PdN-C 45 (8), 2-8.
• BOTSCH, W. (1976): Salz des Lebens. Franckh' sehe Verlagshandlung,
Stuttgart.
• BRANDL, H. (1995): Die Leuchtende Essiggurke. PdN-C 44 (1), 6.
• BÜTTNER, D., K. HÄUSLER (1983): Unterricht Chemie, Band 4: Salze. Aulis
Verlag Deubner & Co KG, Köln.
• EMOMS, H.H., H.H. WALTER (1986):Mit dem Salz durch die Jahrtausende.
Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig.
• GLÖCKNER, W., W.JANSEN, R.G. WEISENHORN [Hrsg.] (1994):Handbuch der
Experimentellen Chemie, Band 6: Elektrochemie. Aulis Verlag Deubner &
Co KG, Köln.
• GRIß, R. (1996): Salz - Rohstoff und Quell des Lebens. PdN-C 45 (8),9-12.
• HARNISCH, WINNACKER (1986): Chemische Technologie: Hanser, München,
• HOllEMANN, A.F. & N. WIBERG (1985): Lehrbuch der Anorganischen
Chemie. Walter de Gruyter, Berlin u. New York.
• INFORMATIONSDIENST DEUTSCHE SALZINDUSTRIE (lOS) [Hrsg.]: Salz Geschichte und Bedeutung. Aus: SEIDEL, H. & R. WOllER: Das Geschenk
der Erde.
38
• RIEDEL, E. (1990): Anorganische Chemie. Walter de Gruyter, Berlin u. New
York.
• '"3CHMIDKUNZ, H. (1994): Das Kochsalz in Lebensmitteln. NiU-P/C 31 (5),
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• SCHNEIDER, R. (1995): Eindunstung von Meerwasser und Salzbildung in
Salinen. Kali und Steinsalz 11 (10), 325-330.
• SIMON, T. (1995): Salz und Salzgewinnung im nördlichen BadenWürtemberg. Jan Thorbecke Verlag, Sigmaringen.
• THEIS, H.B. (1991): Rund ums Kochsalz. NiU-C 2 (6),13-15.
• ULLMANN (1970): Enzyklopädie der technischen Chemie. Urban &
Schwarzenberg, München.
• WIRTSCHAFTSVERFINIGUNG BERGBAU e.V. [Hrsg.] (1983): Das BergbauHandbuch. Verlag Glückauf, Essen.

Hinweis

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