Laugen und alkalische Lösungen

Bekannte Laugen

Aus dem Alltag kennen wir einige Laugen, am bekanntesten dürfte wohl die harmlose Seifenlauge sein, die entsteht, wenn man Seife in Wasser löst. Auch das Wasser in einer Waschmaschine ist eine harmlose Lauge. Ganz so harmlos sind diese Laugen allerdings nicht, das merkt man spätestens, wenn man mal einen Spritzer Seifenlauge in die Augen bekommt.

In der Technik und Industrie werden dagegen "richtige" Laugen, also starke und gefährliche Laugen eingesetzt. Die bekanntesten sind wohl Natronlauge und Kalilauge.

Eine weitere gefährliche Lauge, die in der Landwirtschaft und auf dem Bau eingesetzt wird, ist Kalkwasser. Kalkwasser im Auge kann schon recht gefährlich sein, vor allem, wenn die Lösung recht konzentriert ist.

Laugen haben pH-Werte über 7. Hier ein paar Beispiele:

• pH = 8: Meerwasser, Darmflüssigkeit
• pH = 9: verdünnte Seifenlauge
• pH = 10: Seifenlauge
• pH = 11: Ammoniaklösung
• pH = 12: stark verdünnte Natron- oder Kalilauge, Kalkwasser
• pH = 13: verdünnte Natron- oder Kalilauge
• pH = 14: 10%ige Natron- oder Kalilauge

Wichtige Laugen stellen sich vor

Natronlauge / NaOH

Natronlauge ist eine der wichtigsten Laugen überhaupt. In der Schule kann man sie durch die Reaktion von Natrium mit Wasser herstellen, dabei entsteht als Nebenprodukt gasförmiger Wasserstoff:

$2 \ Na + 2 \ H_2O \to 2 \ NaOH + H_2 \uparrow$

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In der Industrie wird Natronlauge natürlich nicht auf diese Weise hergestellt, das wäre zu aufwendig.

Obwohl - für einen Werbefilm sähe es natürlich toll aus, wenn in einer Industriehalle 1000 Menschen stehen, die den ganzen Tag nichts anderes tun, als kleine Natriumstücke in Schüsseln mit Wasser zu werfen...

Großtechnisch stellt man Natronlauge durch die Elektrolyse von Kochsalz-Lösung her. Während dieses Vorgangs bilden sich aus NaCl und H₂O die Produkte NaOH, H₂ und Cl₂.

$2 \ NaCl + 2 \ H_2 O \to 2 \ NaOH + Cl_2 \uparrow + \ H_2 \uparrow$

Das Natriumchlorid und das Wasser werden ständig zugeführt, die Natronlauge wird abgetrennt, und die beiden Gase müssen streng getrennt voneinander abgeführt werden, damit sich kein gefährliches Chlorknallgas bildet, also ein explosives Gemisch aus Wasserstoff und Chlor.

In einigen Abflussreinigern oder Haushaltsreinigern findet sich festes NaOH, das dann als Ätznatron bezeichnet wird, weil es Verschmutzungen im Abfluss wegätzt. Das kann man in einem Schulversuch schön demonstrieren. Ein paar Haare oder Stoffreste in ein großes Reagenzglas geben, Ätznatron hinzufügen, das Ganze mit Wasser übergießen und ein paar Tage stehen lassen. Meistens haben sich die Haare oder der Stoff dann aufgelöst.

Hier muss man aufpassen, es gibt nämlich auch Abflussreiniger, die bei Wasserzugabe Chlorgas entwickeln. Natronlauge bzw. Ätznatron und Chlorgas vertragen sich nun gar nicht. Kommen beide Stoffe zusammen, reagieren sie in einer sehr exothermen Reaktion zu Natriumchlorid.

Kalilauge / KOH

Kalilauge wird auf ähnliche Weise hergestellt wie Natronlauge und hat auch ähnliche Eigenschaften, mit dem Unterschied, dass Kalilauge KOH noch viel gefährlicher und reaktiver ist als Natronlauge. In der Schule hat Kalilauge eigentlich nichts zu suchen. Auch die Verwendung von Kalilauge ist vergleichbar mit der von Natronlauge.

Lithiumlauge / LiOH

Diese Lauge LiOH, ist ein Verwandter der Natronlauge und der Kalilauge. Da Lithium aber nicht so reaktiv ist wie Natrium, ist auch die Lithiumlauge nicht ganz so gefährlich. Ein wichtiges Einsatzgebiet von LiOH (als Lithiumlauge oder als festes Lithiumhydroxid) ist die Luftreinigung in der Raumfahrt, bei U-Booten oder bestimmten Tauchgeräten. LiOH ist nämlich in der Lage, Kohlendioxid zu binden:

$2 LiOH + CO_2 \to Li_2CO_3 + H_2O$

Der größte Teil des Lithiumhydroxids wird allerdings verwendet, um mit der Fettsäure Stearinsäure Lithiumstearate zu bilden. Diese Lithiumsalze der Fettsäure sind wichtige Schmiermittel für Autos und Flugzeuge.

Kalkwasser / Ca(OH)₂

Kalkwasser entsteht, wenn man Calciumoxid in Wasser löst und die Suspension dann filtriert. Das ist übrigens ein üblicher Schulversuch, der beispielsweise durchgeführt wird, wenn man mit Kalkwasser das Kohlendioxid in der Ausatemluft nachweisen will.

$CaO + H_2O \to Ca(OH)_2$

Das Kalkwasser ist eine schwächere und ungefährlichere Lauge als Natron- oder Kalilauge, sollte aber trotzdem nicht in die Augen kommen. Schlimmer ist es, wenn das Calciumoxid in die Augen kommt. Das Auge besteht zu einem großen Teil aus Wasser, vor allem der Augapfel. Und was dann passiert, sieht man ja an der obigen Reaktionsgleichung.

Bei der Kalkwasserprobe zum CO₂-Nachweis läuft folgende Reaktion ab:

$Ca(OH)_2 + CO_2 \to CaCO_3 \downarrow + H_2O$

Branntkalk CaO oder Löschkalk Ca(OH)₂ werden in der Land- und Forstwirtschaft auch zur Kalkdüngung saurer Böden eingesetzt. Das beim nächsten Regen entstehende Kalkwasser neutralisiert dann die in dem Boden enthaltenen Säuren, die beispielsweise durch sauren Regen entstanden sind.

Ammoniakwasser / NH₄OH

Ammoniakwasser ist eine Lösung von Ammoniak NH₃ in Wasser. Dabei bilden sich NH₄⁺-Ionen und OH^--Ionen:

$NH_3 + H_2O \to NH_4^{+} + OH^{-}$

Die Formel für Ammoniakwasser ist also NH₄OH. Gelegentlich bezeichnet man Ammoniakwasser auch als Salmiakgeist. Diese Lauge hat einen stechenden Geruch, der ziemliche Schmerzen in der Nase erzeugt, wie ich aus eigener Erfahrung weiß. Hier heißt es also wieder einmal: Vorsichtige Geruchsprobe durch Zuwedeln des Geruchs mit der Hand.

Ammoniakwasser findet sich in einigen Reinigungsmitteln, zum Beispiel in Glasreinigern. In der Industrier wird es aber auch einfach als preiswerte alkalische Lösung eingesetzt, beispielsweise um Säuren zu neutralisieren. In der Holzindustrie kann man Hölzer dunkler färben, indem man sie einige Tage den NH₃-Dämpfen aussetzt, die dem Ammoniakwasser entweichen. Früher hat man das Holz dazu in Tierställen gelagert, denn auch in den Ausscheidungen von Rindern und Pferden ist viel Ammoniak enthalten.