Gips

Dieser Artikel behandelt das Mineral Gips, für den in der Medizin benutzten „Gips“ siehe Gipsverband

Vorlage:Mineral

Gips (chemische Bezeichnung Calciumsulfat) ist ein sehr häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der wasserhaltigen Sulfate ohne fremde Anionen. Es kristallisiert im monoklinen Kristallsystem mit der chemischen Zusammensetzung Ca[SO₄] • 2 H₂O und entwickelt meist tafelige, prismatische bis nadelige Kristalle, aber auch körnige bis massige Aggregate. Im Allgemeinen ist Gips farblos oder weiß, kann aber durch Aufnahme von Fremdionen oder Beimengungen unterschiedlicher Art (Sand, Bitumen) eine gelbliche, rötliche, graue oder braune Farbe annehmen. Seine Strichfarbe ist jedoch weiß.

Die Bezeichnung Gips wird synonym auch für das monomineralische Gestein gebraucht.

Gipskristall

Besondere Eigenschaften

Gips hat die sehr geringe Mohshärte von 2 und ist neben dem Halit ein Standardmineral auf der Härteskala nach Friedrich Mohs. Seine Dichte beträgt zwischen 2,2 und 2,4 und es ist im Gegensatz zu den oft vergesellschafteten Mineralen Halit und Calcit nur schwer in Wasser löslich.

Abspaltung von Kristallwasser bei CaSO4 in der DTA

Abspaltung von Kristallwasser bei CaSO₄ in der DTA

Beim Erhitzen geht das Kristallwasser verloren (TG-Kurve = Masseverlust, onset = Beginn der Wasserabspaltung, Peaks = Maxima der Reaktion) und es entsteht zuerst ein Hemihydrat (auch Halbhydrat bzw. Bassanit genannt) mit der chemischen Formel CaSO₄ • ½ H₂O, bei weiterem Wasserverlust schließlich Anhydrit III (CaSO₄), das aber mineralogisch schlicht Anhydrit genannt wird.

Etymologie und Geschichte

Gipsbrennerei, Théodore Géricault, 1822-1823

Der Name Gips ist abgeleitet aus dem griechischen Verb μαγειρεύω für kochen, in Bezug auf das gebrannte oder calcinierte Mineral.

Schon in der Antike wurde Gips als Baumaterial verwendet. In Griechenland wurde es wegen seiner leichten Bearbeitbarkeit für Bauornamente an den Häusern genutzt. Die Römer schließlich entdeckten, dass durch starkes Erhitzen eine Substanz entsteht, die mit Wasser vermischt aushärtet und als Putz verwendet werden kann.

Bildung und Fundorte

Gips entstand geologisch durch Auskristallisieren aus Kalziumsulfat-übersättigtem Meerwasser, und zwar wegen seiner geringen Wasserlöslichkeit als erstes Mineral noch vor dem Anhydrit. Man findet ihn aber auch als Verwitterungsprodukt sulfidischer Erze und in vulkanischen Schloten, wo er durch Reaktion von austretender Schwefelsäure mit Kalkstein entstehen kann.

Gefunden wird das Mineral in verschiedenen Kristallformen: So sind die Kristalle oft sehr groß, plastisch biegsam, vollkommen spaltbar, dicktafelig, oft krummflächig, manchmal auch verzwillingt; andererseits kommt Gips auch rosettenartig verwachsen als so genannte Gipsrose oder Wüstenrose vor. Daneben finden sich manchmal durchsichtige Kristalltafeln, die als Marienglas bekannt sind. Als Polyhalit wird eine Gips-Varietät bezeichnet, welche mit Kaliumsulfat und Magnesiumsulfat verbunden, in den Steinsalzlagern von Staßfurt, Berchtesgaden und Ischl vorkommt. Alabasteraugen entstehen aus Calciumsulfat, das sich an einzelnen Stellen innerhalb eines Muttergesteins sammelte, bevor sich dieses gefestigt hatte, und dann später zu Alabasterkugeln verhärtete.

Gips ist weit verbreitet. Wichtige Fundorte sind unter anderem Mexiko, Algerien, Spanien, Italien und den USA. In Deutschland ist das Mineral unter anderem im Neckar-Odenwald-Kreis (Umgebung von Mosbach), bei Osterode am Harz, Eisleben in Sachsen-Anhalt und Borken bei Kassel zu finden, als Bestandteil des Gipskeuper auch im Steigerwald, der Frankenhöhe und nördlich der Schwäbischen Alb.

Varietäten

Fasergips, ca 7 cm hohes Stück

Nadeln des Fasergips, die eine Faserkrokant-ähnliche Beschaffenheit haben

Gips kommt sowohl massiv, in feinkörniger Form als farbloser, weißer, gelber, roter oder grauer Alabaster vor, als auch feinfaserig als Fasergips oder Atlasspat und auch kristallin als durchsichtiger Selenit. In Chihuahua (Mexiko) wurden Gips-Riesenkristalle von bis zu 15 m Länge entdeckt.

α-Halbhydrat (CaSO₄ • ½ H₂O) entsteht in einem geschlossenen Gefäß (Autoklav) unter Nassdampfatmosphäre, bzw. drucklos in Säuren und wässrigen Salzlösungen. Aufgrund seiner höheren Dichte ist er Ausgangsstoff für härtere Gipse (Typ III, IV und V) und benötigt weniger Wasser, aber mehr Zeit zum Abbinden.

β-Halbhydrat (CaSO₄ • ½ H₂O) entsteht beim Brennen in einem offenen Gefäß unter normaler Atmosphäre. Beim Vermischen mit Wasser erfolgt innerhalb von Minuten eine Hydratation zum Dihydrat. Er ist Ausgangsstoff für die weicheren Gipse.

Anhydrit III (CaSO₄ • 0,x H₂O) entsteht bei Temperaturen bis 300 °C aus dem Halbhydrat. Bei Vorhandensein von Wasser, auch Luftfeuchtigkeit, bildet sich sehr schnell Halbhydrat.

Anhydrit II_s (CaSO₄) entsteht bei Temperaturen zwischen ca. 300 bis 500 °C, das _s steht für „schwerlöslich“. Beim Vermischen mit Wasser erfolgt die Hydratation innerhalb von Stunden und Tagen.

Anhydrit II_u (CaSO₄) bildet sich bei Temperaturen von 500 bis 700 °C aus dem Anhydrit II_s, das u steht dabei für „unlöslich“.

Anhydrit I (CaSO₄) ist die Hochtemperaturmodifikation des Gipses, sie bildet sich bei 1180 °C.

Verwendung

als Rohstoff

Gips als Rohstoff wird vorwiegend durch den Bergbau gewonnen, fällt aber heute auch zunehmend bei der Rauchgasentschwefelung als Rauchgasgips an.

Technisch nutzt man das Vermögen des Gipses, das durch Erhitzen (Brennen) teilweise oder ganz verlorene Kristallwasser beim Anrühren mit Wasser wieder aufzunehmen und dabei abzubinden. Bei Erhitzen auf etwa 110ºC entsteht so genannter gebrannter Gips (das oben erwähnte Hemihydrat), bei 130 bis 160 ºC Stuckgips, ein Gemisch aus viel Hemihydrat und wenig Anhydrit. Sehr hoch erhitzter Gips wird auch „totgebrannter Gips“ (Annalin) genannt, weil er mit Wasser nicht mehr abbindet.

In der heutigen Bautechnik wird Gips meist in Form von REA-Gips für Gipswandbauplatten für Zwischenwände als auch für Gipskartonplatten für den Trockenbau, als Grundstoff für verschiedene Putze und Trockenestriche verwendet, daneben auch als Grundierung und Füllmittel.

In der Medizin wird Gips für den Gipsverband verwendet: Dabei werden die betroffenen Gliedmaßen oder Gelenke zur Ruhigstellung und Stabilisierung mit feuchten Gipsbinden umwickelt, die dann innerhalb von Minuten aushärten und nach ungefähr zwölf Stunden voll belastbar sind.

In der Zahntechnik ist Gips der wichtigste Rohstoff für Dentalgipse zur Herstellung von Modellen, die aus Abformungen der Mund- und Zahnsituation erstellt werden. Nach der Norm für Dentalgipse EN ISO 6873 werden fünf Typen unterschieden:

Typ I (Abformgips, β-Halbhydrat)
Typ II (Alabastergips, β-Halbhydrat)
Typ III (Hartgips, α-Halbhydrat)
Typ IV (Superhartgips mit niedriger Expansion, α-Halbhydrat)
Typ V (Superhartgips mit hoher Expansion, α-Halbhydrat)

In der bildenden Kunst wird Gips sehr oft für die Erstellung von Skulpturen verarbeitet, in der Technik für die Erstellung von Formen und Modellen verwendet. Marienglas spielt auch heute noch bei Kirchen- und Alabaster-Restaurierungen eine wichtige Rolle, während der totgebrannte Gips auch gerne als Zusatzstoff (Streckmittel) für Malerfarben verwendet wird, da er zu billigeren Produkten führt, ohne die Farbqualität stark zu beeinträchtigen. Auch wird es für Grundierungen in der Tafelmalerei oder auch als Goldgrund (Assis) verwendet. Gips kommt in diesem Zusammenhang auch unter Namen wie Alabasterweiß, Analin, Anhydrit, Bologneser Kreide, Federspat, Leichtspat oder Marienglas in den Handel.

Auch Tafelkreide bzw. Malkreide besteht in Deutschland aus Gips.

als Baustoff

Da der abgebundene Gips eine gewisse Wasserlöslichkeit besitzt, werden Gipsbaustoffe überwiegend nur für den Innenausbau Verwendung finden. Im geschützten Außenbereich müssen Gipsbaustoffe imprägniert werden. Früher wurde Gips auch für Stuckarbeiten an Fassaden eingesetzt und mit Leinöl imprägniert. Weil Gips hygroskopisch (wasseranziehend) ist und daher bei schlechtem Einbau, schlechter Pflege oder Lüftung zu Verfärbungen und Verpilzungen neigt, ist er im Nasszellen- und im Kellerbereich nur eingeschränkt zu verwenden. Bei Renovierungsarbeiten wird Stuckgips verwendet, um kleine Risse und Löcher in den Wänden zu schließen. Im Neubau werden Gipsputze oder auch Gipskartonplatten verwendet, um auf rauem und unebenem Mauerwerk eine streich- und tapezierfertige Oberfläche herzustellen. Daneben beruhen auch manche Estriche auf einer Basis aus Gips. Statisch nicht belastete Trennwände werden heute oft aus Gipskartonplatten mit Metallunterkonstruktion oder aus Gipswandbauplatten hergestellt. Daneben wird Gips zum Befestigen von Dosen für Elektroinstallationen in Rohbauwänden verwendet. Die Geschwindigkeit des Abbindens wird bei alkalischen Formulierungen z.B. Gipsputz durch Zugabe von Wein- oder Zitronensäure reguliert. Neutrale Formulierungen können mit Eiweißverbindungen verzögert werden. Die Beschleunigung des Abbindevorgangs wird durch Zugabe von Kaliumsulfat oder fein aufgemahlenem Gips erreicht.

Im baulichen Brandschutz verwendet man bevorzugt Gips, da er bei relativ geringem Gewicht einen großen Feuerwiderstand bietet; den Schutz bewirkt das Kristallwasser des Dihydrats, das im Brandfall verdampft und auf der dem Brand zugewandten Seite einen schützenden Dampfschleier bildet.

als Modell- und Formengips

Bei der Anwendung als Modell- oder Formengips werden erhöhte Anforderungen an die Reinheit der Gipsrohstoffe und an die Aufbereitung gestellt. Durch eine feinere Aufmahlung und geringere Anteile an Fremdmineralien wird eine gleichmäßigere Oberflächenstruktur erzielt. Durch die Verwendung von α-Halbhydrat (entsteht unter Wasserdampfdruck und hat eine höhere Dichte) können höhere Festigkeiten der Formteile erreicht werden, in diesem Zusammenhang wird auch von Hartgips gesprochen.

Weitere Anwendungsgebiete

Zur Herstellung von Soja werden gemahlene Sojabohnen mit Calciumsulfat verdickt. Des Weiteren wird Calciumsulfat auch als Lebensmittelzusatzstoff (E 516) eingesetzt. Als eines der zwölf Schüßler-Salze findet es als Heilmittel Verwendung.

Siehe auch

Literatur

Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie. 7. Auflage. Springer Verlag, Berlin 2005, ISBN 3-540-23812-3
Edition Dörfler: Mineralien Enzyklopädie. Nebel Verlag, ISBN 3-89555-076-0
Stefan Weiß: Das große Lapis Mineralienverzeichnis. 4. Auflage. Christian Weise Verlag, München 2002, ISBN 3-921656-17-6