Hi, hier chemweazle,
Zum Kalkbrennen
Gleichgewichtsreaktion beim Kalkbrennen Ca(HCO3)2
Also: Zunächst kann man Calciumhydrogencarbonat nicht als kristallinen Feststoff ohne besondere Tricks isolieren.
Es existiert in wässriger Lösung, wie z. B. in Mineralwasser, CO2-haltigen Quellwässer.
Beim Einengen, Eindampfen zur Trockene, der wässrigen Calciumhydogencarbonatlösung entsteht unter Abspaltung von Kohlendioxid Calciumcarbonat CaCO3, dieses fällt als kristallines Pulver aus.
Ca(HCO3)2(aq) ⇌ CaCO3(s) + CO2(g) + H2O
Bei nicht zu hohen Temperaturen fällt das Caciumcarbonat in der Kristallform als Aragonit(Orthorhombische Kristalle) aus. Bei höheren Temperaturen fällt das Calciumcarbonat in der Kristallform als Calcit(Rhomboedrisches Kristallsystem) an.
Das Calciumhydrogencarbonat, Ca(HCO3)2 kommt nicht als Gestein oder als Mineral in der Natur vor.
Calcit und Aragonit haben die gleiche Zusammensetzung, sie unterscheiden sich nur in der Kristallform.
Im Reich der Mineralien liegt der Kalk, das ist das Calciumcarbonat und nicht das Calciumhydrogencarbonat in sogar 3 Kristallformen vor. Es sind Aragonit, Cacit und Vaterit.
Beim Kalkbrennen wird Calciumcarbonat, CaCO3 entweder in Form von Calcit oder Aragonit eingesetzt.
Kalk = CaCO3: Aragonit(Tieftemperaturform) und Calcit Hochtemperaturform)
Reaktionsgleichung
CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g)
Für a). Massenwirkungsgesetz
Kc = c(CO2) bzw. Kp = p(CO2)
Kinetische Herleitung der Gleichgewichtskonstanten
Die beiden Feststoffe, Edukt Calciumcarbonat und das Produkt, Calciumoxid, gehen nur mit Ihren Oberflächen in das Geschwindigkeitsgesetz ein.
Die Reaktionsgeschwindigkeit für die Hinreaktion, vhin ist proportional zur Oberfläche des Feststoffes Calciumcarbonat.
Die Rückreaktionsgeschwindigkeit, vrück ist proportional zur Oberfläche des Feststoffes Calciumoxid und proportional zur Konzentration des Gases Kohlendioxid und somit auch proportional zum Druck des Kohlendioxides.
vhin = khin × OF(CaCO3)
vrück = krück × OF(CaCO) × c(CO2)
Im dynamischen Gleichgewicht gilt:
|vhin| = | vrück|
khin × OF(CaCO3) = krück × OF(CaCO) × c(CO2)
Im Gleichgewichtszustand ist auf der Oberfläche des vorher eingetzten Calciumcarbonats auch etwas Calciumoxid entstanden durch die Abspaltung von CO2. Es liegen auf den Oberflächen sowhl Carbonationen und Oxidionen vor. Die Oberflächen der Feststoffe kürzen sich somit in den Geschwindigkeitsgleichungen im Gleichgewichtszustand heraus.
$$K_{c}= \dfrac{k_{hin}}{k_{rück}} = c(CO_{2})$$
bzw.
$$K_{p}= \dfrac{k*_{hin}}{k*_{rück}} = p(CO_{2})$$
Aus dem idealen Gasgesetz, P*V = nRT folgt,
$$p(CO_{2}) = \frac{n(CO_{2})}{V}\cdot R\cdot T $$
und mit
$$\frac{n(CO_{2})}{V} = c(CO_{2})$$
folgt,:
$$p(CO_{2}) = c(CO_{2})\cdot R\cdot T $$
bzw.
$$c(CO_{2}) = \frac{p(CO_{2})}{RT}$$
Das Gleichgewicht ist druckabhängig.
Eine Druckerhöhung im Gleichgewichtszustand führt zu einer augenblicklichen Konzentrationserhöhung des Kohlendioxides und somit wird die Lage des Gleichgewichtes in Richtung Ausgangsstoff ( Calciumcarbonat )verschoben.
Beim Kalkbrennen wird stets Wärme zugeführt, das Kohlendioxid wird abgeführt, aus dem Gleichgewicht entfernt.
Es wird am Gleichgewicht gezogen.
Für b). Die Reaktion ist endotherm, ΔRH > 0
Zu d). Wasser fällt beim Kalkbrennen somit nicht als Produkt an.
