Grundlagen / Historisches
Die Carbid-Methode beschreibt die Reaktion von Calciumcarbid (Kalziumkarbid) mit Wasser zu Calciumhydroxid (Kalziumhydroxid) und Acetylen (Azetylen). Wasser reagiert in jedem beliebigen Aggregatzustand mit Calciumcarbid. Beide Edukte werden verbraucht und die Probe wird dabei getrocknet. Gebildet werden das weiße feinkörnige Calciumhydroxid und das gasförmige Acetylen. Die gebildete Gasmenge wird durch Messung des Druckanstiegs bestimmt. So eignet sich diese Reaktion sehr gut zur Messung von Wassergehalten von beliebigen Proben. Historisch wurde die Methode erstmals 1906 durch P.V. Dupré beschrieben. (P.V. Dupré, The Analyst Vol. XXXI., No.364, July 1906, 213-218)
Präzises Messverfahren
Die Feuchtemessung mit der Carbid-Methode gilt wegen Ihrer hohen Genauigkeit als ein analytisches Verfahren analog zur Feuchtemessung nach der Karl-Fischer-Titration oder dem Trockenschrank Verfahren. Da während der Reaktion Wasser verbraucht wird, wird jede Probe getrocknet. Der Gleichgewichtszustand der Reaktion ist erreicht, wenn der Restwasserpartialdruck bei rund 10-10 -mbar! Im Gleichgewichtszustand wird netto kein Acetylen mehr gebildet wird und die Hin- wie auch die Rückreaktion sind gleich schnell. Eine erfolgreiche Reaktion von Carbid mit Wasser setzt voraus, dass sich beide Reaktionspartner berühren können. Die eigentliche chemische Umsetzung von Wasser mit Carbid zu Acetylen und Calciumhydroxid verläuft sehr schnell. Je poröser eine Probe ist, desto grösser wird der Einfluss von Stofftransportvorgängen (das Wassermolekül ist die mobile Komponente) auf die Geschwindigkeit der Gesamtreaktion.
Anwendungen mit Reaktion bis zum Ende
Die Feuchtemessung mit der Carbid-Methode führt somit immer zur vollständigen Trocknung, wenn Carbid gegenüber der Wassermenge im Überschuss vorliegt und man der Reaktion genügend Zeit zur Verfügung stellt (Keine Behinderung des Stofftransportes). Steht für die chemische Umsetzung weniger Carbid zur Verfügung als Wasser vorhanden ist, dann erfolgt die Trocknung nur partiell und es verbleibt Wasser in der Probe übrig. In beiden Fällen erreicht die Reaktion ihren Gleichgewichtszustand. Diese Reaktionen werden genutzt, um beispielsweise den Feuchtegehalt von Schüttgütern gemäss verschiedenen Normen der DIN oder der ASTM zu bestimmen.
Anwendungen mit vorzeitigem Abbruch der Reaktion
Abhängig von der Mobilität des Wasser aber auch von der verfügbaren Kontaktfläche an Carbid erfolgt die Reaktion mehr oder weniger schnell. Dieser Umstand wird für besondere Messprozeduren genutzt, um beispielsweise an den Anteil an freiem Wasser für die Prüfung der Belegreife nach verschiedenen Normen der DIN, der SIA, der UNI zu bestimmen oder auch den Ettringitgehalt einer Probe zu bestimmen. So erfolgt die Prüfung der Belegreife bei mineralischen Baustoffen nach der DIN 18560, der SIA 252 oder der UNI 10329 über eine vorgegebene Messprozedur. Durch Maximierung der Reaktionsgeschwindigkeit kann zudem auch kristallin gebundenes Wasser in einer Bindemittelstruktur wie zum Beispiel Ettringitwasser in einem ternären Bindemittel-System bestimmt werden. Bei diesen beiden Anwendungen wird die Messung vor Ende der chemischen Reaktion abgebrochen.
In unserem Blog finden Sie ergänzende Beiträge zur Feuchtemessung mit der Carbid-Methode sowie auch zu anderen Feuchte-Messverfahren.
Bild 1: Reaktionsgleichung zur Feuchtemessung mit der Carbid-Methode
CaC2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + C2H2
Carbidfest + Wasser -> Calciumhydroxidfest + Acetylengas
Bild 2: Je nach Karbidmenge kommt es zur vollständigen Trocknung einer Probe
Bild 3: Über Kalziumkarbid im Überschuss wird jede Probe getrocknet - auch eine Apfelscheibe!
