Magnesiumsulfat

Autoren: Amelie Stahlbuhk
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Absract

Die verschiedenen Hydratformen des Magnesiumsulfats sollen vorgestellt werden, sowie ihr Verhalten bezüglich Löslichkeit und Hygroskopizität.

Hydratformen

Es gibt mehrere Hydratformen des Magnesiumsulfats, wobei wasserfreies Magnesiumsulfat nicht in der Natur vorkommt.
Kieserit MgSO₄•H₂O
Sanderit MgSO₄•2H₂O
Starkeyit MgSO₄•4H₂O
Pentahydrit MgSO₄•5H₂O
Hexahydrit MgSO₄•6H₂O
Epsomit MgSO₄•7H₂O
Meridianiit MgSO₄•11H₂O

Lösungsverhalten

Die Magnesiumsulfathydratformen gehören zu den leichtlöslichen Salzen (s. Tabelle). Mit der hohen Löslichkeit ist auch eine hohe Mobilität in porösen Materialien verbunden.

Tabelle 1: Löslichkeiten in mol/kg verschiedener Magnesiumsulfathydratformen bei 20°C [nach [Steiger.etal:2011a]Titel: Decomposition reactions of magnesium sulfate hydrates and phase equilibria in the MgSO4-H2O and Na+-Mg2+-Cl--SO42--H2O systems with implications for Mars
Autor / Verfasser: Steiger, M.; Linnow, K.; Ehrhardt, D.; Rohde, M.
].

Hydratform	Löslichkeit [mol/kg] bei 20°C
Kieserit	5,60
Starkeyit	5,04
Pentahydrit	4,40
Hexahydrit	3,61
Epsomit	2,84

Das Löslichkeitsdiagramm des MgSO₄-H₂O-Systems enthält aufgrund der verschiedenen Hydratstufen, mit sowohl stabilen als auch mit metastabilen Gleichgewichten, mehr Inhalte als jene von Salzen mit weniger oder keinen Hydratstufen. Die Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit führt dazu, dass mit Temperaturänderungen gegebenenfalls die Hydratation oder die Dehydratation einer betrachteten Phase einhergeht.

Abbildung 1: Löslichkeiten im System MgSO₄-H₂O in Abhängigkeit der Temperatur. Aufgetragen ist die Molalität m [n(MgSO₄•xH₂O)•kg(H₂O)^-1] gegen die Temperatur, wobei die Gleichgewichte der verschiedenen Hydratformen durch unterschiedliche Farben der Kurven gekennzeichnet sind. Gestrichelte Kurven markieren metastabile Gleichgewichte. Neben den Löslichkeiten sind ebenfalls Gefrier- und Siedepunkte angegeben. Nach [Steiger.etal:2011a]Titel: Decomposition reactions of magnesium sulfate hydrates and phase equilibria in the MgSO4-H2O and Na+-Mg2+-Cl--SO42--H2O systems with implications for Mars
Autor / Verfasser: Steiger, M.; Linnow, K.; Ehrhardt, D.; Rohde, M.
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Hygroskopizität

Je nach Temperatur oder relativer Luftfeuchte kann es bei Änderungen dieser Variablen im System MgSO₄-H₂O zur Hydratation oder zur Dehydratation beziehungsweise zur Deliqueszenz oder Kristallisation kommen. Bei einer Temperatur von 20 °C ist Epsomit unterhalb seiner Deliqueszenzfeuchte von 91,3 % die vorliegende kristalline Phase. Ab einer relativen Luftfeuchte von etwa 47 % kommt es zur Dehydratation des Salzes zu nierdrigeren Hydratstufen, wie es die Kurven der Gleichgewichtskurven in Abbildung 2 zeigen.

Tabelle 2: Deliqueszenz- und Gleichgewichtsfeuchten bei 20 °C [nach [Steiger.etal:2011a]Titel: Decomposition reactions of magnesium sulfate hydrates and phase equilibria in the MgSO4-H2O and Na+-Mg2+-Cl--SO42--H2O systems with implications for Mars
Autor / Verfasser: Steiger, M.; Linnow, K.; Ehrhardt, D.; Rohde, M.
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Betrachtete Phasenübergänge	Deliqueszenz-/Gleichgewichtsfeuchte bei 20°C
Epsomit-Lösung	91,3 %
Epsomit-Hexahydrit	46,6 %
Epsomit-Kieserit	46,7 %
Hexahydrit-Starkeyit	39,1 %

Abbildung 2: Deliqueszenzverhalten des Systems MgSO₄-H₂O in Abhängingkeit der Temperatur. Aufgetragen ist die Wasseraktivität a_w gegen die Temperatur. Gleichgewichtsfeuchten und Deliqueszenzfeuchten der verschiedenen Phasen sind durch unterschiedliche Farben gekennzeichnet. Gestrichelte Kurven markieren metastabile Gleichgewichte. Nach [Steiger.etal:2011a]Titel: Decomposition reactions of magnesium sulfate hydrates and phase equilibria in the MgSO4-H2O and Na+-Mg2+-Cl--SO42--H2O systems with implications for Mars
Autor / Verfasser: Steiger, M.; Linnow, K.; Ehrhardt, D.; Rohde, M.
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Im Temperaturbereich von -10 bis 100 °C liegen die Deliqueszenzfeuchten der je nach Temperatur vorliegenden Hydratstufen stets oberhalb von 80 % r.F., so dass sie eine geringe Hygroskopizität aufweisen.

Literatur

[Mainusch:2001]	Mainusch, Nils (2001): Erstellung einer Materialsammlung zur qualitativen Bestimmung bauschädlicher Salze für Fachleute der Restaurierung, Diplomarbeit, HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen, file:Diplomarbeit Nils Mainusch.pdf
[Stark.etal:1996]	Stark, Jochen; Stürmer, Sylvia (1996): Bauschädliche Salze, Bauhaus-Univ. Weimar
[Steiger.etal:2011a]	Steiger, M.; Linnow, K.; Ehrhardt, D.; Rohde, M. (2011): Decomposition reactions of magnesium sulfate hydrates and phase equilibria in the MgSO4-H2O and Na+-Mg2+-Cl--SO42--H2O systems with implications for Mars. In: Geochimica et Cosmochimica Act, 75 (12), 3600-3626, https://doi.org/10.1016/j.gca.2011.03.038

Als Phase wird ein stofflicher Zustand bezeichnet, der in sich, makroskopisch betrachtet, homogen ist.

Konzentrationsangabe, bei der die Stoffmenge des gelösten Stoffes pro Kilogramm Lösungsmittel angegeben wird. Die Einheit ist mol•kg^-1.

Die Deliqueszenzfeuchte beschreibt die Höhe der relativen Luftfeuchte, oberhalb der z. B. ein Salz Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt und in Lösung geht.

Wassergehalt, der sich in einem Material nach Lagerung bei konstanten Bedingungen ergibt (relative Luftfeuchte, Temperatur).

relative Luftfeuche

Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen (vormals Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen)