Calciumsulfat ist ein Salz, das in der natürlichen Umwelt reichlich vorkommt und auch als Nebenprodukt einiger industrieller Prozesse auftritt. Es ist eine Verbindung aus Kalzium, Schwefel und Sauerstoff und hat in seiner reinsten Form die chemische Formel CaSO4; Dies ist als wasserfreies – wasserfreies – Calciumsulfat oder das Mineral Anhydrit bekannt. Es kommt auch in einer „wasserhaltigen“ Form vor, bekannt als das Mineral Gips, das die Formel CaSO4.2H2O hat. Die verschiedenen Formen haben ein breites Anwendungsspektrum, darunter Baumaterialien, Trockenmittel, die Herstellung von Abgüssen zur Behandlung von gebrochenen Gliedmaßen und die Herstellung von Kunstwerken.
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Die wasserhaltige Verbindung hat eine geringe Löslichkeit in Wasser, die ein Maximum bei knapp über 100 °F (38 °C) erreicht, aber bei niedrigeren oder höheren Temperaturen abnimmt. Durch mäßiges Erhitzen wird der größte Teil des Wassers verdrängt, sodass die teilweise hydratisierte Form als weißes Pulver zurückbleibt, das im Volksmund als Gips bekannt ist. Durch einfaches Hinzufügen von Wasser lässt sich daraus die hydratisierte Form herstellen: Zunächst bildet sich eine Paste, die jedoch nach kurzer Zeit fest wird, da die Masse das Wasser aufnimmt und Wärme abgibt. Eine stärkere Erwärmung vertreibt mehr Wasser und hinterlässt die wasserfreie Form oder den Anhydrit.
Vorkommen und Produktion
Gips und Anhydrit sind häufig vorkommende Mineralien, die in großen Lagerstätten vorkommen können. Sie sind im Allgemeinen klar oder weiß, können aber aufgrund von Verunreinigungen andere Farben annehmen und können als Kristalle oder als Schichten von körnigem Gestein gefunden werden. Gipsablagerungen sind vor vielen Millionen Jahren durch die Verdunstung von Binnenmeeren entstanden: Schichten unterschiedlicher Mineralien wurden nacheinander abgelagert, wobei sich zuerst diejenigen mit geringerer Löslichkeit bildeten, als das Wasser langsam verschwand. Wo diese Ablagerungen Hitze ausgesetzt wurden, wurde Wasser ausgetrieben, wodurch Anhydrit zurückblieb. 2011 wurde Gips in einem Gestein auf dem Mars gefunden, was darauf hindeutet, dass es in der Vergangenheit schon einmal Wasser gegeben haben muss.
Natürlich vorkommender Gips wird manchmal als Alabaster bezeichnet, insbesondere wenn er in der Bildhauerei verwendet wird, aber dieser Begriff wird auch für Calciumcarbonat verwendet. Die beiden können durch Behandlung mit Salzsäure unterschieden werden. Calciumcarbonat reagiert unter Bildung von Kohlendioxidblasen, während Gips weitgehend unbeeinflusst bleibt.
Das meiste Calciumsulfat stammt aus diesen Lagerstätten, die in vielen Teilen der Welt abgebaut werden. Ein Teil wird als Nebenprodukt verschiedener industrieller Prozesse gewonnen, insbesondere bei der Behandlung von kalziumhaltigem Gestein mit Schwefelsäure. Ein Beispiel ist die Herstellung von Phosphorsäure aus Calciumphosphatgestein. Im Labor können Proben der Reinsubstanz durch Zugabe von Schwefelsäure zu einer Lösung einer löslichen Calciumverbindung hergestellt werden; es fällt aufgrund seiner geringen Löslichkeit als feines weißes Pulver aus.
Verwendung
Gips ist ein relativ weiches Mineral, das sich leicht in Formen schnitzen lässt und aus diesem Grund in der Bildhauerei weit verbreitet ist, wo es als Alabaster bezeichnet wird. Eine weitere häufige Verwendung für diese Form von Calciumsulfat ist das Bauen. Gipsplatten werden aufgrund ihrer Feuerbeständigkeit häufig beim Bau von Innenwänden in Häusern verwendet – sie bleiben relativ kühl, bis der größte Teil des Wassergehalts abgetrieben ist, was das Fortschreiten eines Hausbrandes verlangsamt. Dieses Mineral ist auch ein wesentlicher Bestandteil in einigen Zementformen.
Gips wird in der Medizin häufig verwendet, um Gipsabgüsse für gebrochene Gliedmaßen herzustellen, sowie in der Kunst und im Modellbau. Wasserfreies Calciumsulfat wird als Trockenmittel verwendet, um Feuchtigkeit zu entfernen, wenn trockene Bedingungen erforderlich sind – Handelsformen können eine Verbindung enthalten, die in Gegenwart von Wasser ihre Farbe ändert, um anzuzeigen, dass sie erschöpft ist. In diesem Fall kann es durch Erhitzen wieder in den wasserfreien Zustand überführt werden.
Calciumsulfat wird auch in der Lebensmittelindustrie verwendet. Es wird oft Lebensmitteln zugesetzt, um eine festere Textur zu verleihen und manchmal als Kalziumquelle. Bei der Herstellung von Sojaproteinen wie Tofu wird Calciumsulfat verwendet, das als Gerinnungsmittel verwendet wird, um das Zusammenklumpen kleiner Proteinpartikel zu größeren Stücken zu fördern.