Calciumchlorid
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| Bezeichnungen | |
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| IUPAC-Bezeichnung
Calciumchlorid
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| Andere Bezeichnungen
Neutrales Calciumchlorid; Calcium(II)-chlorid, Calciumdichlorid, E509
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| Bezeichnungen | |
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3D-Modell (JSmol)
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| ChEBI | |
| ChEMBL | |
| ChemSpider | |
| Arzneimittelbank | |
| EC-Nummer |
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PubChem CID
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| RTECS-Nummer |
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| UNII |
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InChI
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SMILES
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| Eigenschaften | |
Chemische Formel
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CaCl2 |
| Molekulare Masse | 110,98 g-mol-1 |
| Erscheinungsbild | Weißes, hygroskopisches Pulver |
| Geruch | Geruchlos |
| Dichte |
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| Schmelzpunkt | 772-775 °C (1.422-1.427 °F; 1.045-1.048 K) wasserfrei 260 °C (500 °F; 533 K) Monohydrat, zersetzt sich 175 °C (347 °F; 448 K) Dihydrat, zersetzt sich 45,5 °C (113,9 °F; 318,6 K) Tetrahydrat, zersetzt sich 30 °C (86 °F; 303 K) Hexahydrat, zersetzt sich |
| Siedepunkt | 1.935 °C (3.515 °F; 2.208 K) wasserfrei |
Löslichkeit in Wasser
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Wasserfrei: 74,5 g/100 mL (20 °C) Hexahydrat: 49,4 g/100 mL (-25 °C) 59,5 g/100 mL (0 °C) 65 g/100 mL (10 °C) 81,1 g/100 mL (25 °C) 102,2 g/100 mL (30,2 °C) α-Tetrahydrat: 90,8 g/100 mL (20 °C) 114,4 g/100 mL (40 °C) Dihydrat: 134,5 g/100 mL (60 °C) 152,4 g/100 mL (100 °C) |
| Löslichkeit |
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| Löslichkeit in Ethanol |
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| Löslichkeit in Methanol |
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| Löslichkeit in Aceton | 0,1 g/kg (20 °C) |
| Löslichkeit in Pyridin | 16,6 g/kg |
| Acidität (pKa) |
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Magnetische Suszeptibilität (χ)
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-5,47-10-5 cm3/mol |
Brechungsindex (nD)
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1.52 |
| Viskosität |
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| Struktur | |
Kristallstruktur
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Raumgruppe
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Punktgruppe
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Gitterkonstante
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a = 6,259 Å, b = 6,444 Å, c = 4,17 Å (wasserfrei, 17 °C) α = 90°, β = 90°, γ = 90°
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Koordinationsgeometrie
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Oktaedrisch an Ca2+-Zentren (wasserfrei) |
| Thermochemie | |
Wärmekapazität (C)
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Std. molare
Entropie (S |
108,4 J/(mol-K) |
Std. Bildungsenthalpie
Bildung (ΔfH⦵298) |
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Gibbssche freie Energie (ΔfG˚)
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-748,81 kJ/mol |
| Pharmakologie | |
ATC-Code
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A12AA07 (WER) B05XA07 (WER), G04BA03 (WER) |
| Gefährdungen | |
| Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (OHS/OSH): | |
Hauptgefahren
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Reizend |
| GHS-Kennzeichnung: | |
Piktogramme
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Signalwort
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Warnhinweis |
Gefahrenhinweise
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H319 |
Sicherheitshinweise
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P305+P351+P338 |
| NFPA 704 (Feuerdiamant) |  
2
0
1 |
| Tödliche Dosis oder Konzentration (LD, LC): | |
LD50 (Mittlere Dosis)
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1.000-1.400 mg/kg (Ratten, oral) |
| Verwandte Verbindungen | |
Andere Anionen
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Sonstige Kationen
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Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien in ihrem Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Infobox Referenzen
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Calciumchlorid ist eine anorganische Verbindung, ein Salz mit der chemischen Formel CaCl2. Es ist bei Raumtemperatur ein weißer, kristalliner Feststoff, der in Wasser gut löslich ist. Es kann durch Neutralisierung von Salzsäure mit Calciumhydroxid hergestellt werden. ⓘ
Calciumchlorid kommt häufig als hydratisierter Feststoff mit der allgemeinen Formel CaCl2-nH2O vor, wobei n = 0, 1, 2, 4 und 6 ist. Diese Verbindungen werden hauptsächlich zum Enteisen und zur Staubbekämpfung verwendet. Da das wasserfreie Salz wasseranziehend und zerfließend ist, wird es als Trocknungsmittel verwendet. ⓘ
Calciumchlorid (auch Kalziumchlorid) ist ein Chlorid des Erdalkalimetalls Calcium mit der Verhältnisformel CaCl2. Calcium liegt dabei in der Oxidationsstufe +2 vor, Chlor hat die Oxidationsstufe −1. ⓘ
Verwendungen
Enteisung und Gefrierpunktserniedrigung
Kalziumchlorid senkt den Gefrierpunkt von Wasser und verhindert so die Eisbildung und wird zum Enteisen verwendet. Bei dieser Anwendung wird die größte Menge an Calciumchlorid verbraucht. Calciumchlorid ist für Pflanzen und Boden relativ unschädlich. Als Enteisungsmittel ist es bei niedrigeren Temperaturen viel wirksamer als Natriumchlorid. Zu diesem Zweck wird es in der Regel in Form kleiner, weißer Kügelchen mit einem Durchmesser von einigen Millimetern, den so genannten Prills, angeboten. Lösungen von Calciumchlorid können das Gefrieren bei Temperaturen von bis zu -52 °C (-62 °F) verhindern und eignen sich daher ideal zum Befüllen von Reifen landwirtschaftlicher Geräte als flüssiger Ballast, der die Traktion in kalten Klimazonen unterstützt. ⓘ
Es wird auch in chemischen Luftentfeuchtern für Haushalt und Industrie verwendet. ⓘ
Straßenbelag
Anwendungsfelder im Bauwesen sind die Trocknung von Wohnräumen, der Einsatz als Frostschutzmittel, im Speziellen als Frostschutzmittel und Abbindebeschleuniger im Beton, sowie als Staubbindemittel (zum Beispiel auf Baustellen und als Besatz bei Sprengarbeiten). Die Verwendung von Calciumchlorid als Abbindebeschleuniger in Beton wurde in Deutschland wegen der korrosiven Wirkung des Chlorids auf die Eisenarmierung 1963 verboten. ⓘ
Dem Füllwasser von betonierten Schwimmbecken wird Calciumchlorid zugesetzt, um die Wasserhärte zu erhöhen und nach dem Prinzip vom kleinsten Zwang die Betonerosion durch Lösung von Calciumverbindungen aus dem Beton zu reduzieren. ⓘ
Außer als Frostschutzmittel wird die größte Menge Calciumchlorid zum Binden von Sand und Staub auf unbefestigten Straßen eingesetzt. Da es stark hygroskopisch ist, zieht eine auf der Straße aufgebrachte konzentrierte Calciumchloridlösung Feuchtigkeit an und unterdrückt den Abtrag des Straßenstaubs. Die Straßenoberfläche muss seltener eingeebnet und die Oberfläche seltener erneuert werden. ⓘ
Lebensmittel
Die durchschnittliche Aufnahme von Calciumchlorid als Lebensmittelzusatzstoff wird auf 160-345 mg/Tag geschätzt. Calciumchlorid ist in der Europäischen Union als Lebensmittelzusatzstoff zur Verwendung als Maskierungs- und Festigungsmittel mit der E-Nummer E509 zugelassen. Es wird von der US-amerikanischen Food and Drug Administration als allgemein anerkannt und sicher (GRAS) eingestuft. Seine Verwendung in der ökologischen Pflanzenproduktion ist im Rahmen des US National Organic Program generell verboten. ⓘ
In Meerwasseraquarien ist Kalziumchlorid eine Möglichkeit, Tieren mit Kalziumkarbonatschalen, wie Mollusken und einigen Nesseltieren, bioverfügbares Kalzium zuzuführen. Auch Calciumhydroxid (Kalkwasser) oder ein Calciumreaktor können verwendet werden. ⓘ
Als Festigungsmittel wird Calciumchlorid in Gemüsekonserven, zur Festigung von Sojabohnenquark in Tofu und zur Herstellung eines Kaviarersatzes aus Gemüse- oder Fruchtsäften verwendet. Es wird häufig als Elektrolyt in Sportgetränken und anderen Getränken, einschließlich abgefülltem Wasser, verwendet. Der extrem salzige Geschmack von Calciumchlorid wird zum Aromatisieren von Gurken verwendet, ohne den Natriumgehalt der Lebensmittel zu erhöhen. Die gefrierpunktsenkenden Eigenschaften von Calciumchlorid werden genutzt, um das Gefrieren des Karamells in mit Karamell gefüllten Schokoladenriegeln zu verlangsamen. Außerdem wird es häufig zu geschnittenen Äpfeln hinzugefügt, um die Textur zu erhalten. ⓘ
Beim Bierbrauen wird Calciumchlorid manchmal verwendet, um Mineralienmängel im Brauwasser auszugleichen. Es beeinflusst den Geschmack und die chemischen Reaktionen während des Brauprozesses und kann auch die Funktion der Hefe während der Gärung beeinträchtigen. ⓘ
Bei der Käseherstellung wird Kalziumchlorid manchmal der verarbeiteten (pasteurisierten/homogenisierten) Milch zugesetzt, um das natürliche Gleichgewicht zwischen Kalzium und Protein im Kasein wiederherzustellen. Es wird vor dem Gerinnungsmittel zugesetzt. ⓘ
Calciumchlorid wird zur Vorbeugung von Korkflecken und Bitterkeit bei Äpfeln verwendet, indem es in der späten Wachstumsphase auf den Baum gesprüht wird. ⓘ
Die Lebensmittelindustrie verwendet es als Komplexbildner, Geschmacksverstärker und Stabilisator (unter anderem bei der Trinkwasseraufbereitung). Es ist in der EU als Lebensmittelzusatzstoff der Nummer E 509 zugelassen. Die tägliche Aufnahmemenge wird mit 160–345 mg angenommen. ⓘ
In Sportgetränken dient es als Elektrolyt. ⓘ
Aufgrund des salzigen Geschmacks kann es Speisesalz in Salzgurken und Sauergemüse ersetzen. ⓘ
Unter Ausnutzung der exothermen Hydratation bei der Reaktion mit Wasser findet Calciumchlorid Einsatz zur Erwärmung von Fertiggetränken. ⓘ
In der Molekularbiologie dient es zur Herstellung kompetenter Zellen. Calciumionen verändern hierbei die Permeabilität der Zellmembran und steigern so das Aufnahmepotenzial der Zelle für DNS. ⓘ
Labor und verwandte Trocknungsvorgänge
Trocknungsrohre werden häufig mit Calciumchlorid gefüllt. Kelp wird mit Kalziumchlorid zur Herstellung von Natriumkarbonat getrocknet. Wasserfreies Calciumchlorid wurde von der FDA als Verpackungshilfsmittel zur Gewährleistung der Trockenheit zugelassen (CPG 7117.02). ⓘ
Das hydratisierte Salz kann zur Wiederverwendung getrocknet werden, löst sich jedoch bei schneller Erwärmung in seinem eigenen Hydratationswasser auf und bildet beim Abkühlen einen harten amalgamierten Feststoff. ⓘ
Andere Anwendungen
Kalziumchlorid wird in Betonmischungen verwendet, um das anfängliche Abbinden zu beschleunigen, aber Chloridionen führen zu Korrosion von Bewehrungsstahl, weshalb es nicht in Stahlbeton verwendet werden sollte. Die wasserfreie Form von Calciumchlorid kann ebenfalls zu diesem Zweck verwendet werden und liefert ein Maß für die Feuchtigkeit im Beton. ⓘ
Calciumchlorid wird als Zusatzstoff in Kunststoffen und in Feuerlöschern, in Hochöfen als Zusatzstoff zur Kontrolle der Gerüstbildung (Verklumpung und Anhaftung von Materialien, die das Absinken der Ofenbeschickung verhindern) und in Weichspülern als Verdünnungsmittel eingesetzt. ⓘ
Die exotherme Auflösung von Calciumchlorid wird in selbsterhitzenden Dosen und Heizkissen verwendet. ⓘ
In der Erdölindustrie wird Calciumchlorid verwendet, um die Dichte von feststofffreien Solen zu erhöhen. Es wird auch zur Hemmung von quellenden Tonen in der Wasserphase von Bohremulsionen verwendet. ⓘ
CaCl2 dient als Flussmittel und senkt den Schmelzpunkt im Davy-Verfahren zur industriellen Herstellung von Natriummetall durch Elektrolyse von geschmolzenem NaCl. ⓘ
Calciumchlorid wird auch bei der Herstellung von Aktivkohle verwendet. ⓘ
Calciumchlorid kann zur Ausfällung von Fluoridionen aus Wasser als unlösliches CaF2 verwendet werden. ⓘ
Kalziumchlorid ist auch ein Bestandteil von Keramikgleitern. Es suspendiert Tonpartikel, so dass sie in der Lösung schwimmen, was die Verwendung in einer Vielzahl von Gießtechniken erleichtert. ⓘ
Calciumchlorid-Dihydrat (20 Gewichtsprozent), gelöst in Ethanol (95 Prozent ABV), wurde als Sterilisationsmittel für männliche Tiere verwendet. Die Lösung wird in die Hoden des Tieres injiziert. Innerhalb eines Monats führt die Nekrose des Hodengewebes zur Sterilisation. ⓘ
Kokainproduzenten in Kolumbien importieren tonnenweise Kalziumchlorid, um Lösungsmittel zurückzugewinnen, die auf der Roten Liste des INCB stehen und strenger kontrolliert werden. ⓘ
Flussmittel zur Metallreduktion
In ähnlicher Weise wird CaCl2 als Flussmittel und Elektrolyt in der FFC-Cambridge-Elektrolyse für die Titanherstellung verwendet, wo es den ordnungsgemäßen Austausch von Calcium- und Sauerstoffionen zwischen den Elektroden gewährleistet. ⓘ
Gefährdungen
Obwohl es in geringen Mengen in feuchtem Zustand ungiftig ist, bergen die stark hygroskopischen Eigenschaften des nicht hydratisierten Salzes einige Gefahren. Calciumchlorid kann durch Austrocknung feuchter Haut reizend wirken. Festes Calciumchlorid löst sich exotherm auf, und bei Verschlucken kann es zu Verätzungen im Mund und in der Speiseröhre kommen. Das Verschlucken von konzentrierten Lösungen oder festen Produkten kann zu Magen-Darm-Reizungen oder Geschwüren führen. ⓘ
Der Verzehr von Calciumchlorid kann zu einer Hyperkalzämie führen. ⓘ
Eigenschaften
Calciumchlorid ist ein Salz. Calcium und Chlor liegen aufgrund des großen Elektronegativitätsunterschiedes ionisch vor. Die Bindung erfolgt somit über elektrostatische Wechselwirkungen. Calciumchlorid bildet farblose Kristalle, die eine verzerrte Rutil-Struktur ausbilden (orthorhombisch, Raumgruppe Pnnm (Raumgruppen-Nr. 58)). ⓘ
Calciumchlorid bildet in Reinform farblose Kristalle und ist in wasserfreiem Zustand stark hygroskopisch. Es nimmt leicht Wasser aus der Umgebung auf und bildet dabei einen Hydrat-Komplex. Es sind mehrere kristalline Hydrate bekannt. Das Dihydrat kristallisiert orthorhombisch in der Raumgruppe Pbcn (Raumgruppen-Nr. 60) mit den Gitterparametern a = 5,893 Å, b = 7,469 Å und c = 12,07 Å. Das Tetrahydrat ist polymorph. Die α-Form kristallisiert triklin, Raumgruppe P1 (Nr. 2), mit den Gitterparametern a = 6,593 Å, b = 6,367 Å, c = 8,561 Å, α = 97,83°, β = 93,5° und γ = 110,6°. Die β-Form hat eine monokline Struktur mit der Raumgruppe P21/c (Nr. 14), Gitterparameter a =8,923 Å, b = 10,22 Å, c = 12,79 Å und β = 114,7°. Die γ-Form des Tetrahydrats kristallisiert ebenfalls monoklin in der Raumgruppe P21/c (Nr. 14) mit den Gitterparametern a = 6,139 Å, b = 7,667 Å, c = 8,901 Å und β = 111,0°. Das Hexahydrat hat eine trigonale Struktur, Raumgruppe P321 (Nr. 150) mit den Gitterparametern a = 7,876 Å und c = 8,561. Es sind auch entsprechende Komplexe mit Ammoniak bekannt (CaCl2·n (NH3) mit n=1,2,4,8). ⓘ
Das wasserfreie Calciumchlorid löst sich in Wasser exotherm. ⓘ
Die Verbindung bildet mit Methanol und Ethanol bei Raumtemperatur stabile Solvate. Mit Methanol wurden Solvate der Stöchiometrie 1:2, 1:3, 1:4, 1:6 und 1:8 bezogen auf Calciumchlorid und mit Ethanol Solvate der Stöchiometrie 1:2, 1:3, 1:4 und 1:6 bezogen auf Calciumchlorid hergestellt und charakterisiert. ⓘ
Calciumchlorid löst sich in Wasser auf, wobei Chlorid und der Aquakomplex [Ca(H2O)6]2+ entstehen. Auf diese Weise sind diese Lösungen Quellen für "freies" Calcium und freie Chlorid-Ionen. Diese Beschreibung wird durch die Tatsache veranschaulicht, dass diese Lösungen mit Phosphatquellen reagieren und ein festes Calciumphosphatpräzipitat bilden:
- 3 CaCl2 + 2 PO3-4 → Ca3(PO4)2 + 6 Cl- ⓘ
Calciumchlorid hat eine sehr hohe Lösungsenthalpie, die sich in einem beträchtlichen Temperaturanstieg bei der Auflösung des wasserfreien Salzes in Wasser zeigt. Diese Eigenschaft ist die Grundlage für seine Anwendung in großem Maßstab. ⓘ
Geschmolzenes Calciumchlorid kann elektrolysiert werden, um Calciummetall und Chlorgas zu erhalten:
- CaCl2 → Ca + Cl2 ⓘ
Calciumchlorid reagiert mit Wasser unter Bildung eines Hexahydrat-Komplexes und starker Wärmeentwicklung (exotherm, ΔH < 0):
Calciumchlorid wird aus Salzsäure und Calciumcarbonat hergestellt:
Technisch wird Calciumchlorid als Abfallprodukt bei der Sodaherstellung nach dem Solvay-Verfahren – und zwar bei der Rückgewinnung des Ammoniaks aus dem dabei entstandenen Ammoniumchlorid – erhalten:
Herstellung
In weiten Teilen der Welt wird Calciumchlorid aus Kalkstein als Nebenprodukt des Solvay-Verfahrens gewonnen, das die folgende Nettoreaktion durchführt:
- 2 NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2
Der nordamerikanische Verbrauch lag 2002 bei 1.529.000 Tonnen (3,37 Milliarden Pfund). ⓘ
In den USA wird der größte Teil des Calciumchlorids durch Reinigung aus Sole gewonnen. ⓘ
Wie bei den meisten Rohsalzprodukten kommen typischerweise Spuren von anderen Kationen der Alkali- und Erdalkalimetalle (Gruppen 1 und 2) und anderen Anionen der Halogene (Gruppe 17) vor, die Konzentrationen sind jedoch geringfügig. ⓘ
Vorkommen
Calciumchlorid kommt in Form der seltenen Evaporitminerale Sinjarit (Dihydrat) und Antarcticit (Hexahydrat) vor. Ein weiteres bekanntes natürliches Hydrat ist Ghiarait - ein Tetrahydrat. Die verwandten Minerale Chlorocalcit (Kaliumcalciumchlorid, KCaCl3) und Tachyhydrit (Calciummagnesiumchlorid, CaMg2Cl6-12H2O) sind ebenfalls sehr selten. Gleiches gilt für Rorisit, CaClF (Calciumchloridfluorid). ⓘ
Calciumchlorid kommt in der Natur gelöst in Salzsolen vor. ⓘ
Geschichte
Um 1860 gelang den Chemikern Robert Wilhelm Bunsen und Augustus Matthiessen die erste Reindarstellung des Elementes Calcium durch Schmelzelektrolyse von Calciumchlorid. ⓘ
Verwendung
Im Labor
Wasserfreies Calciumchlorid ist aufgrund seiner Hygroskopie ein wichtiges Trocknungsmittel im Labor, beispielsweise im Exsikkator, und in der technischen Chemie für Gase und Flüssigkeiten. ⓘ
Darüber hinaus wird es als Streusalz (Auftaumittel) sowie als Hexahydrat zur Herstellung von Kältemischungen verwendet. ⓘ
In der Medizin
Medizinisch wird Calciumchlorid bei Calciummangelzuständen, insbesondere im Rahmen der Bluttransfusion citrathaltiger Erythrozyten-Konzentrate, eingesetzt oder dient als Notfallmedikament zur Behandlung einer schweren Hyperkaliämie. ⓘ
Sonstiges
In der Meerwasseraquaristik wird Calciumchlorid genutzt, um den Calciumgehalt zu erhöhen. ⓘ