Entdecken Sie die Molmasse von Calciumchlorid (CaCl2) und wie es mit anderen Verbindungen verglichen wird

Geben Sie Ihre E-Mail-Adresse in das Feld unten ein, um täglich die atemberaubendsten Tiergeschichten und -videos direkt in Ihren Posteingang zu erhalten.

Calciumchlorid bewegt die Welt. Nun ja, nicht ganz, aber es hält die Dinge in Bewegung, wenn die Straßen besonders vereist und glatt werden. Wir verwenden Kalziumchlorid, CaCl2, in großen Mengen zur Behandlung von Straßen und Autobahnen, insbesondere in Nordamerika. Es funktioniert besser als Steinsalz, aus Gründen, die etwas später erklärt werden. Wir verwenden Calciumchlorid auch für viele andere Zwecke. In diesem Artikel entdecken wir die Molmasse von Calciumchlorid, werfen einen Blick auf seine Struktur und erfahren, warum es eine so wirksame chemische Verbindung ist.

©Kittisak Kaewchalun/ über Getty Images

Jeder reine Stoff, zu dem jedes Element des Periodensystems und jede definierte chemische Verbindung gehören, hat eine bestimmte Molmasse. Diese Molmasse beeinflusst die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Stoffes. Aber was genau bedeutet Molmasse?

Die Molmasse einer Substanz ist einfach die Masse eines Mols dieser Substanz, ausgedrückt in Gramm. Die Molmasse von Calciumchlorid beträgt 110,98 Gramm pro Mol. In der Chemie bildet eine sorgfältig definierte Anzahl von Teilchen, seien es Atome oder Moleküle, eine Einheit, die Mol genannt wird. Diese Zahl, bekannt als Avogadro-Zahl oder Avogadro-Konstante, beträgt ungefähr 6,022 × 1023 Einheiten. Diese nach dem italienischen Wissenschaftler Amadeo Avogadro benannte Konstante ist unter allen Umständen und für jede reine Substanz dieselbe und für das Verständnis der Chemie und der Funktionsweise der Welt von wesentlicher Bedeutung.

Die Molmasse eines Elements oder einer Verbindung ergibt sich aus seiner Atommasse. Die Atommasse jedes Elements im Periodensystem wird normalerweise direkt unter dem chemischen Symbol aufgeführt. Diese Masse wird durch Mittelung aller bekannten Isotope des Elements bestimmt, gewichtet mit ihrem Anteil, wie er in der Natur vorkommt. Isotope sind Atome desselben Elements mit der gleichen Anzahl an Protonen und einer unterschiedlichen Anzahl an Neutronen.

Jedes Isotop eines Elements hat eine feste Anzahl von Protonen, die der Ordnungszahl des Elements entspricht, aber die Anzahl der Neutronen variiert. Jedes Proton und jedes Neutron hat den Wert einer atomaren Masseneinheit, während die Masse beliebig vieler Elektronen vernachlässigbar ist. Nehmen wir als Beispiel Kohlenstoff. Ein Isotop wie Kohlenstoff-12 mit sechs Protonen und sechs Neutronen hat eine Gesamtatommasse von 12. Kohlenstoff-14, ein radioaktives Kohlenstoffisotop, das zur Datierung organischer Materialien verwendet wird, hat sechs Protonen und acht Neutronen. Kohlenstoff-12 ist bei weitem das häufigste Kohlenstoffisotop; Daher wird die Atommasse von Kohlenstoff mit 12,011 Atommasseneinheiten gemessen.

Wenn man die Atommasse eines Elements kennt, kann man es leicht in die Molmasse umrechnen. Drücken Sie einfach die Atommasse in Gramm aus, und Sie haben die Masse eines Mols Atome dieses Elements. Für eine Verbindung, die in jedem Molekül zwei oder mehr Atome gleicher oder unterschiedlicher Elemente enthält, müssen Sie einen zusätzlichen Schritt ausführen.

Calciumchlorid, CaCl2, hat in jedem Molekül drei Atome. Es hat ein Calciumatom und zwei Chloratome. Ein Mol Calciumchloridmoleküle hätte ein Mol Calciumatome und zwei Mol Chloratome. Um die Masse eines Mols Kalzium zu ermitteln, wandeln Sie einfach die Atommasse von Kalzium in Gramm um. Ein Mol Kalzium hat eine Masse von 40,08 Gramm. Ein Mol Chlor hat eine Masse von 35,45 Gramm. Da aber in jedem Mol Calciumchlorid zwei Mol Chlor enthalten sind, muss diese Menge verdoppelt werden. Wenn man all diese addiert, ergibt sich eine Gesamtmolmasse von 110,98 Gramm Calciumchlorid.

Calciumchlorid ist ein Salz, ähnlich wie Natriumchlorid. Es gibt viele verschiedene Arten von Salzen. Diese Verbindungen enthalten Kationen oder positiv geladene Ionen, die ionisch an Anionen oder negativ geladene Ionen gebunden sind. Salze kombinieren häufig positiv geladene Ionen aus der Gruppe 1 des Periodensystems, den Alkalimetallen, oder der Gruppe 2, den Erdalkalimetallen, mit negativ geladenen Nichtmetallen wie den Halogeniden der Gruppe 17 oder mehratomigen Ionen wie dem CO32-Carbonat Ion.

In chemischen Verbindungen versucht jedes Atom, seine äußeren Orbitale oder Hüllen mit genügend Elektronen zu füllen, um die stabilste Konfiguration zu erreichen, die es erreichen kann. Diese stabile Konfiguration entspricht der des nächstgelegenen Edelgases oder Elements der Gruppe 18. Bei der Ionenbindung geht es um die Abgabe und Aufnahme von Elektronen, im Gegensatz zum Teilen von Elektronen, wie es bei kovalenten Bindungen der Fall ist. Moleküle wie Kohlendioxid nutzen kovalente Bindungen und teilen Elektronen. Dadurch erreichen sie die gewünschte Edelgaskonfiguration mit vollen äußeren Elektronenschalen. Aber Calciumchlorid und andere Salze nutzen ionische Bindungen, um die gleiche gewünschte Konfiguration zu erreichen.

Calcium, ein Erdalkalimetall der Gruppe 2, hat nur zwei Elektronen in seiner Außenhülle. Der einfachste Weg für ein Calciumion, Ca2+, die stabile Konfiguration des nächsten Edelgases, Argon, zu erreichen, besteht darin, diese beiden Elektronen abzugeben. Chlor aus der Gruppe 17 hat sieben Elektronen in seiner Außenhülle. Das Chloridion Cl– ist nur ein Elektron von der nächsten Edelgaskonfiguration entfernt. Diese Konfiguration kann am einfachsten durch die Aufnahme eines Elektrons erreicht werden.

Jedes Calciumion mit einer Ladung von plus zwei kann sich mit zwei Chloridionen mit jeweils einer Ladung von minus eins verbinden, um ein Molekül mit einer neutralen Ladung zu bilden. Wenn dies geschieht, gibt das Calciumion seine beiden zusätzlichen Elektronen ab und jedes Chloridion nimmt eines davon auf. Dies gibt allen drei Ionen perfekte acht Elektronen in ihren Außenschalen.

Das Calciumion befindet sich in der Mitte, die Chloridionen auf beiden Seiten bilden eine relativ lineare Formation. Dadurch haben die elektronegativeren Chloridionen möglichst viel Raum, sich gegenseitig auszuweichen. Es funktioniert ähnlich wie Magnete, die sich gegenseitig abstoßen, wenn ihre negativen Seiten zusammengelegt werden. Die Ionen im Calciumchlorid bleiben im Allgemeinen auf diese Weise gebunden, es sei denn, es ergibt sich eine wünschenswertere Kombination. Da sind Ionen etwas unbeständig.

Calciumchlorid wird vielfältig eingesetzt, von der Ölindustrie über den illegalen Drogenhandel bis hin zur Verarbeitung von Lebensmitteln und Arzneimitteln. Hersteller verwenden es als Elektrolyt in Mineralwasser und Sportgetränken sowie zur Korrektur des Mineralstoffhaushalts in Bier und einigen Käsesorten. Es verleiht vielen Gurkensorten ihren salzigen Geschmack, ohne ihren Natriumgehalt zu erhöhen. Es hilft, den Verderb von Lebensmitteln zu verhindern, indem es als Trockenmittel und Konservierungsmittel wirkt.

©wideonet/iStock über Getty Images

Ärzte verwenden es zur Behandlung verschiedener Erkrankungen wie Hypokalzämie und Tierärzte verwenden es sogar zur Sterilisation männlicher Tiere von der Katze bis zum Rind. Obwohl Calciumchlorid in kleinen Mengen sicher ist, kann es in fester Form bei der Handhabung zu Reizungen führen. Da es beim Auflösen in Wasser Wärme erzeugt, kann es bei Verschlucken zu Verbrennungen im Mund- und Rachenraum kommen.

Wie am Anfang dieses Artikels erwähnt, verwenden wir Calciumchlorid hauptsächlich zur Verhinderung der Vereisung von Straßen, insbesondere bei sehr niedrigen Temperaturen. Calciumchlorid hat einen viel niedrigeren Gefrierpunkt als Natriumchlorid, wenn es in Wasser gelöst wird. Enteisungslösungen aus Natriumchlorid, NaCl, funktionieren nur bei Temperaturen bis etwa 15 °F. Lösungen von Calciumchlorid und CaCl2 funktionieren jedoch bei Temperaturen von nur -25 °F. Das ist ein Unterschied von 40 Grad! Darüber hinaus schmilzt Calciumchlorid bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, bei denen beide Lösungen wirken, das Eis schneller als Natriumchlorid. Dies verhindert ein erneutes Einfrieren, wenn die Temperaturen weiter sinken.

©Pavel Byrkin/ über Getty Images

Wissenschaftler erklären, dass ein Grund dafür, dass Calciumchlorid wirksamer ist und in Lösung einen niedrigeren Gefrierpunkt hat als Natriumchlorid, mit der Anzahl der Ionen in jeder Verbindung zusammenhängt. Jedes Molekül Natriumchlorid, NaCl, zerfällt in zwei Ionen: ein Natriumion, Na+, und ein Chloridion, Cl-. Jedes Calciumchloridmolekül zerfällt jedoch in drei Ionen: ein Calciumion, Ca2+, und zwei Chloridionen, Cl-. Je mehr verfügbare Ionen in der Lösung schweben, desto größer ist die Störung an den Stellen, an denen das Wasser gefrieren würde. Wenn sich Calciumchlorid in Wasser auflöst, geschieht dies außerdem exotherm und gibt erhebliche Wärme ab. Man kann leicht erkennen, dass Calciumchlorid aufgrund dieser chemischen Eigenschaften besonders in Situationen mit Eis sehr wirksam ist.

Darüber hinaus setzen wir konzentrierte Calciumchloridlösungen zur Staubunterdrückung auf unbefestigten Straßen und in städtischen Gebieten ein. In dieser Funktion ist es sehr effektiv, da es stark hygroskopisch ist, was bedeutet, dass es eine sehr starke Anziehungskraft auf Wasser ausübt. Es kann effektiv Wasser aus der Luft und aus Lösungen ziehen. Durch die Entnahme von Wasser aus der Luft kann eine Calciumchloridlösung die Oberfläche einer unbefestigten oder Schotterstraße gerade so feucht halten, dass kein Staub aufgewirbelt wird.

Um die enormen Mengen an Calciumchlorid bereitzustellen, die wir verwenden, muss die Verbindung aus natürlichen Quellen stammen oder hergestellt werden. Wir produzieren einen Großteil des in Nordamerika verwendeten Calciumchlorids aus natürlich vorkommenden Salzlaken. Diese salzigen Lösungen, die in Sandsteinformationen vorkommen, müssen gereinigt werden, da sie mehrere Salze enthalten. Calciumchlorid kann auch durch chemische Reaktionen unter Beteiligung von Calciumcarbonat oder Kalkstein hergestellt werden.

Calciumchlorid verbindet ein positiv geladenes Kation mit einem negativ geladenen Anion zu einem ionisch gebundenen Salz. Es hat eine Molmasse von 110,98 Gramm pro Mol. Die folgende Tabelle vergleicht Calciumchlorid mit einigen ähnlichen Salzen. Jede Verbindung in der Tabelle kombiniert Kationen der Alkali- oder Erdalkalimetalle mit Anionen der Halogenide. Anionen der Alkalimetalle der Gruppe 1 verbinden sich mit einem einzelnen Halogenid. Anionen der Erdalkalimetalle der Gruppe 2 verbinden sich mit zwei Halogeniden.

Calciumchlorid ist eine vielseitige chemische Verbindung mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. Menschen auf der ganzen Welt nutzen dieses erstaunliche Salz für alle möglichen Zwecke, von der Konservierung von Lebensmitteln bis hin zur Herstellung materieller Güter. Experten gehen davon aus, dass die Nachfrage nach Calciumchlorid in den kommenden Jahren steigen wird, insbesondere im Zusammenhang mit Straßensanierungen, Bergbaubetrieben und der Ölindustrie. Da Calciumchlorid durch chemische Prozesse aus Kalkstein gewonnen werden kann, sind wir nicht darauf angewiesen, es aus natürlich vorkommenden Solen zu beziehen. Vielleicht finden wir noch mehr Möglichkeiten, diese hygroskopische Chemikalie zu nutzen, um unsere Welt zu verbessern.

Vielen Dank fürs Lesen! Haben Sie Feedback für uns? Kontaktieren Sie die Redaktion von AZ Animals.