Calciumchlorid

Kristallstruktur
	__ Ca2+ __ Cl−
Allgemeines
Name	Calciumchlorid
Andere Namen	Kalziumchlorid; E 509;
Verhältnisformel	CaCl2
CAS-Nummer	10043-52-4 (wasserfrei); 22691-02-7 (Monohydrat); 10035-04-8 (Dihydrat); 25094-02-4 (Tetrahydrat); 7774-34-7 (Hexahydrat);
ATC-Code	A12AA07; B05XA07; G04BA03;
Kurzbeschreibung	farb- und geruchlose, hygroskopische Kristalle
Eigenschaften
Molare Masse	110,98 g·mol−1 (wasserfrei); 147,02 g·mol−1 (Dihydrat); 183,04 g·mol−1 (Tetrahydrat); 219,08 g·mol−1 (Hexahydrat);
Aggregatzustand	fest
Dichte	2,15 g·cm−3 (wasserfrei); 1,85 g·cm−3 (Dihydrat); 1,83 g·cm−3 (Tetrahydrat); 1,71 g·cm−3 (Hexahydrat);
Schmelzpunkt	772 °C (wasserfrei); 260 °C (Monohydrat); 176 °C (Dihydrat); 45,5 °C (Tetrahydrat); 30 °C (Hexahydrat);
Siedepunkt	1670 °C
Löslichkeit	gut in Wasser (740 g·l−1 bei 20 °C)
Sicherheitshinweise
	Bitte die eingeschränkte Gültigkeit der Gefahrstoffkennzeichnung bei Arzneimitteln beachten
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Achtung
H- und P-Sätze	H: 319
	P: 305+351+338
	Reizend
	(Xi)
R- und S-Sätze	R: 36
	S: (2)‐22‐24
Toxikologische Daten	1000 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)
	Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Calciumchlorid (auch Kalziumchlorid) ist ein Chlorid des Erdalkalimetalls Calcium mit der Summenformel CaCl₂. Calcium liegt dabei in der Oxidationsstufe +2 vor, Chlor hat die Oxidationsstufe −1.

Geschichte

Um 1860 gelang den Chemikern Robert Wilhelm Bunsen und Augustus Matthiessen die erste Reindarstellung des Elementes Calcium durch Schmelzelektrolyse von Calciumchlorid.

Vorkommen

Calciumchlorid kommt in der Natur gelöst in Salzsolen vor.

Wasserhaltiges Calciumchlorid bildet die seltenen Minerale Sinjarit (Dihydrat) und Antarcticit (Hexahydrat). Das Anhydrid kommt als Hydrophilit vor.

Gewinnung und Darstellung

Calciumchlorid wird aus Salzsäure und Calciumcarbonat hergestellt:

\mathrm {CaCO_{3}+2\ HCl\longrightarrow CaCl_{2}+CO_{2}+H_{2}O}

Anschließendes Erhitzen auf 260 °C liefert die wasserfreie Form.

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:

\mathrm {2\ NH_{4}Cl+Ca(OH)_{2}\longrightarrow 2\ NH_{3}+CaCl_{2}+2\ H_{2}O}

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)Vorlage:Raumgruppe/58).^[8]

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)Vorlage:Raumgruppe/60 mit den Gitterparametern a = 5,893 Å, b = 7,469 Å und c = 12,07 Å.^[9] Das Tetrahydrat ist polymorph. Die α-Form kristallisiert triklin, Raumgruppe P1 (Nr. 2)Vorlage:Raumgruppe/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°.^[10] Die β-Form hat eine monokline Struktur mit der Raumgruppe P2₁/c (Nr. 14)Vorlage:Raumgruppe/14, Gitterparameter a =8,923 Å, b = 10,22 Å, c = 12,79 Å und β = 114,7°.^[11] Die γ-Form des Tetrahydrats kristallisiert ebenfalls monoklin in der Raumgruppe P2₁/c (Nr. 14)Vorlage:Raumgruppe/14 mit den Gitterparametern a = 6,139 Å, b = 7,667 Å, c = 8,901 Å und β = 111,0°.^[12] Das Hexahydrat hat eine trigonale Struktur, Raumgruppe P321 (Nr. 150)Vorlage:Raumgruppe/150 mit den Gitterparametern a = 7,876 Å und c = 8,561 Å.^[13] Es sind auch entsprechende Komplexe mit Ammoniak bekannt (CaCl₂·n (NH₃) mit n=1,2,4,8).^[14]

Das wasserfreie Calciumchlorid löst sich in Wasser exotherm.

Reaktionen

Calciumchlorid reagiert mit Wasser unter Bildung eines Hexahydrat-Komplexes und starker Wärmeentwicklung (exotherm, ΔH < 0):

\mathrm {CaCl_{2}+6\ H_{2}O\longrightarrow CaCl_{2}\cdot 6\ H_{2}O} +\Delta H

Die Kristalle des Hexahydrats lösen sich bei ungefähr 30 °C im eigenen Kristallwasser. Erhitzen auf ungefähr 200 °C setzt das gebundene Wasser wieder frei. Das Auflösen in Wasser führt im Gegensatz zu wasserfreiem Calciumchlorid zu einer starken Abkühlung. Beide Calciumchlorid-Formen sind zudem gut löslich in Ethanol.

Abspaltung von Kristallwasser bei CaCl₂·2 H₂O in der Differential-Thermoanalyse

Verwendung

Wasserfreies Calciumchlorid ist aufgrund seiner Hygroskopie ein wichtiges Trocknungsmittel im Labor, beispielsweise im Exsikkator, und in der technischen Chemie für Gase und Flüssigkeiten. Anwendungsfelder sind die Trocknung von Wohnräumen, der Einsatz als Frostschutzmittel, im Speziellen als Frostschutzmittel und Abbindebeschleuniger im Beton, sowie als Staubbindemittel (z. B. 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 Bewehrung 1963 verboten.^[15]

Unter Ausnutzung der exothermen Hydratation bei der Reaktion mit Wasser findet Calciumchlorid Einsatz zur Erwärmung von Fertiggetränken.

Darüber hinaus kommt es als Streusalz (Auftaumittel) sowie als Hexahydrat zur Herstellung von Kältemischungen zum Einsatz.

In der Lebensmittelindustrie findet es Einsatz als Festigungsmittel, Geschmacksverstärker und Stabilisator (unter anderem bei der Trinkwasseraufbereitung, Oberflächenbehandlung von Obst). Es ist in der EU als Lebensmittelzusatzstoff der Nummer E 509 zugelassen. Weiterhin dient es zur Gerinnung von Eiweißen in der Lebensmitteltechnologie und findet Anwendung bei der Herstellung von Produkten wie Käse, Tofu oder künstlichem Kaviar.

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.

In der Meerwasseraquaristik wird Calciumchlorid genutzt, um den Calciumgehalt zu erhöhen.

Einzelnachweise

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 ^1,5 ^1,6 ^1,7 Eintrag zu Calciumchlorid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 18. Februar 2017 (JavaScript erforderlich).
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 Richard C. Ropp: Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Newnes, 2012, ISBN 0-444-59553-8, S. 54 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
↑ Datenblatt Calcium chloride dihydrate, for molecular biology, ≥99% bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 1. Mai 2017 (PDF).
↑ Seit dem 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Gemischen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
↑ Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 10043-52-4 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich).
↑ Eintrag zu Calcium chloride anhydrous in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM)
↑ Eintrag zu Calcium chloride im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
↑ A.K. van Bever, W. Nieuwenkamp: Die Kristallstruktur von Calciumchlorid, CaCl₂. In: Zeitschrift für Kristallographie, Kristallgeometrie, Kristallphysik, Kristallchemie, 1935, 90, S. 374–376.
↑ A. Leclaire, M.M. Borel: Le dichlorure de calcium dihydrate. In: Acta Crystallographica, B33, 1977, S. 1608–1610, doi:10.1107/S0567740877006645.
↑ A. Leclaire, M.M. Borel: Liaisons hydrogene et coordination du calcium dans les cristaux de CaCl₂·4 H₂O α. In: Acta Crystallographica, B35, 1979, S. 585–588, doi:10.1107/S0567740879004209.
↑ A. Leclaire, M.M. Borel: La forme β du dichlorure de calcium tetrahydrate. In: Acta Crystallographica, B34, 1978, S. 900–902, doi:10.1107/S0567740878004288.
↑ A. Lecklaire, M.M. Borel, J.C. Monier: La forme γ du dichlorure de calcium tétrahydraté. In: Acta Crystallographica, B36, 1980, S. 2757–2759, doi:10.1107/S0567740880009909.
↑ P.A. Agron, W.R. Busing: Calcium and strontium dichloride hexahydrates by neutron diffraction. In: Acta Crystallographica, C42, 1986, S. 141–143, doi:10.1107/S0108270186097007.
↑ S. Westman, P.-E. Werner, T. Schuler, W. Raldow: X-Ray Investigations of Ammines of Alkaline Earth Metal Halides. I. The Structures of CaCl₂(NH₃)₈, CaCl₂(NH₃)₂ and the Decomposition Product CaClOH. In: Acta Chemica Scandinavica, 35A, 1981, S. 467–472, doi:10.3891/acta.chem.scand.35a-0467.
↑ Jochen Stark: Dauerhaftigkeit von Beton. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-35278-2, S. 263 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).

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[GESTIS-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 ^1,5 ^1,6 ^1,7 Eintrag zu Calciumchlorid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 18. Februar 2017 (JavaScript erforderlich).

[Richard_C._Ropp-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 Richard C. Ropp: Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Newnes, 2012, ISBN 0-444-59553-8, S. 54 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).

[Sigma-3] Datenblatt Calcium chloride dihydrate, for molecular biology, ≥99% bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 1. Mai 2017 (PDF).

[4] Seit dem 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Gemischen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.

[CLP_1910-5] Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 10043-52-4 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich).

[6] Eintrag zu Calcium chloride anhydrous in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM)

[CLP_100.030.115-7] Eintrag zu Calcium chloride im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.

[8] A.K. van Bever, W. Nieuwenkamp: Die Kristallstruktur von Calciumchlorid, CaCl₂. In: Zeitschrift für Kristallographie, Kristallgeometrie, Kristallphysik, Kristallchemie, 1935, 90, S. 374–376.

[9] A. Leclaire, M.M. Borel: Le dichlorure de calcium dihydrate. In: Acta Crystallographica, B33, 1977, S. 1608–1610, doi:10.1107/S0567740877006645.

[10] A. Leclaire, M.M. Borel: Liaisons hydrogene et coordination du calcium dans les cristaux de CaCl₂·4 H₂O α. In: Acta Crystallographica, B35, 1979, S. 585–588, doi:10.1107/S0567740879004209.

[11] A. Leclaire, M.M. Borel: La forme β du dichlorure de calcium tetrahydrate. In: Acta Crystallographica, B34, 1978, S. 900–902, doi:10.1107/S0567740878004288.

[12] A. Lecklaire, M.M. Borel, J.C. Monier: La forme γ du dichlorure de calcium tétrahydraté. In: Acta Crystallographica, B36, 1980, S. 2757–2759, doi:10.1107/S0567740880009909.

[13] P.A. Agron, W.R. Busing: Calcium and strontium dichloride hexahydrates by neutron diffraction. In: Acta Crystallographica, C42, 1986, S. 141–143, doi:10.1107/S0108270186097007.

[14] S. Westman, P.-E. Werner, T. Schuler, W. Raldow: X-Ray Investigations of Ammines of Alkaline Earth Metal Halides. I. The Structures of CaCl₂(NH₃)₈, CaCl₂(NH₃)₂ and the Decomposition Product CaClOH. In: Acta Chemica Scandinavica, 35A, 1981, S. 467–472, doi:10.3891/acta.chem.scand.35a-0467.

[books-My4eBAAAQBAJ-263-15] Jochen Stark: Dauerhaftigkeit von Beton. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-35278-2, S. 263 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).

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