Salz: Chemie, Vorkommen und Bedeutung

Salz: Chemie, Vorkommen und Bedeutung

 

Salze sind älter als das Leben auf diesem Planeten: Bereits der Urozean, in dem sich das Leben bildete, enthielt Salze. Ein gewisser Mindestgehalt an Salzen, insbesondere an Kochsalz, in der Körperflüssigkeit und Nahrung ist daher für alle Lebewesen unentbehrlich. Doch bereits unwesentlich höhere Mengen wirken ungesund, ja sogar giftig. Welche biologischen Funktionen haben Salze, welche technische Bedeutung besitzen sie und wie sieht die Chemie, Physik und Geologie dieser scheinbar einheitlich zusammengesetzten Stoffe aus?

 

 Chemie und Physik von Salzen

 

Ein Salz ist naturwissenschaftlich betrachtet eine kristalline Substanz, die aus (mindestens) zwei gegensinnig elektrisch geladenen Komponenten (Ionen) aufgebaut ist. Da es viele verschiedene Ionen gibt, ergeben ihre Kombinationen auch unzählige verschiedene Salze. Sie sind meist sehr hart, spröde und häufig lichtdurchlässig, haben hohe Schmelz- und Siedepunkte sowie eine geringe Wärmeausdehnung und Kompressibilität. Die meisten Salze sind wasserlöslich, wobei es aber fallweise große Unterschiede gibt. In Lösung sind die Ionen von einer Hülle aus Wassermolekülen umgeben (hydratisiert) und frei beweglich. Hält man zwei an eine Spannungsquelle angeschlossene Elektroden in eine solche Lösung, so stellt man fest, dass diese elektrisch leitfähig ist. Diese Leitfähigkeit beruht auf der Wanderung der positiv geladenen Ionen (Kationen) in der Lösung zum negativen Pol, der Kathode, und der negativen Ionen (Anionen) zum positiven Pol, der Anode. An den Elektroden finden unter dem Begriff Elektrolyse zusammengefasste chemische Reaktionen statt. In einem Salzkristall sind die Ionen regelmäßig angeordnet und nicht frei beweglich, weshalb festes Salz Strom nicht leitet, also ein Isolator ist. Taucht ein unedles Metall in Gegenwart von Luftsauerstoff in eine salzhaltige Lösung, so korrodiert (rostet) es rasch.

 

Beim Lösen eines Salzes verändert sich das Volumen der Lösung kaum, das heißt, die Dichte der Lösung nimmt zu. Eine gesättigte Kochsalzlösung ist bei Zimmertemperatur 26%tig (Gewichtsprozent: 26 Gramm Salz in 74 Gramm reinem Wasser entspricht 351 Gramm Salz in einem Kilogramm Wasser) und wiegt 1,21 Gramm pro Milliliter — reines Wasser hat eine Dichte von etwa einem Gramm pro Milliliter.

 

Speisesalz

 

Was gemeinhin als Salz bezeichnet wird, ist chemisch betrachtet meist kein reiner Stoff, sondern ein Gemisch verschiedener Salze. Den Hauptanteil macht in der Regel das Kochsalz (Natriumchlorid, NaCl) aus, welches aus Natriumionen (Kationen) und Chloridionen (Anionen) besteht. Speise- oder Tafelsalz enthält außerdem herstellungsbedingt geringe Mengen von Magnesium-, Kalium- und Calciumionen sowie Sulfationen. In Spuren vorhanden sind ferner Bromid- und Carbonationen. Zur Vorbeugung von Jodmangel wird Speisesalz oft Kaliumjodat zugesetzt, und um die Rieselfähigkeit zu verbessern, gibt man Calcium- und Magnesiumkarbonate und -silikate zu. Das Verklumpen von minderwertigem Tafelsalz beruht auf Beimengungen von Magnesiumchlorid, einem hygroskopischen Salz, das Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt. Reines Natriumchlorid ist nicht hygroskopisch. Speisesalz wird durch Reinigen von Meer- oder Steinsalz gewonnen, welche die genannten Begleitstoffe in beträchtlicher Menge enthalten. Zum Reinigen nutzt man die unterschiedliche Löslichkeit der verschiedenen Salze. Ein Liter Wasser kann (kalt) 350 bis (heiß) 390 Gramm Natriumchlorid, aber nur 48 Gramm Natriumsulfat (Glaubersalz) lösen. Das Eindunsten (auch Aussolung genannt) einer Lösung beider Salze führt dazu, dass zunächst das schwerer lösliche Natriumsulfat ausgeschieden wird, danach dann das nahezu reine Chlorid. Eine konzentrierte Salzlösung nennt man Sole oder Lake.

 

Tausalz

 

Salzlösungen gefrieren erst weit unter null Grad Celsius. Darauf beruht die Wirkung von Tausalz. Da der Lösungsvorgang unter Wärmeverbrauch abläuft, lassen sich durch Mischen von Eis und Kochsalz Temperaturen bis —21 Grad Celsius erzeugen. Diese Kältemischung enthält 23,3% Kochsalz. Salzlösungen sieden bei Atmosphärendruck auch erst deutlich über 100 Grad Celsius. Vor der Erfindung der Autoklaven genannten Druckbehälter wurden gefüllte Konservendosen vor dem Verschließen in solchen Lösungen hitzekonserviert. Noch wirksamer als Kochsalz erwies sich in dieser Hinsicht Calciumchlorid.

 

 Geologische Aspekte

 

Das weitaus meiste Salz ist in den Ozeanen gelöst; man schätzt diese Menge auf insgesamt 3,6 ☓ 10¹⁶ Tonnen. Die Vorkommen in Salzlagerstätten (Steinsalz, Halit) betragen etwa 10¹⁵ Tonnen. Binnengewässer enthalten bis auf wenige Ausnahmen nur geringe Mengen Salz.

 

Unter Salzgewässern versteht man Gewässer mit einem Salzgehalt von mehr als 0,05 % bezogen auf das Gewicht der Lösung; in Süßwasser liegt der Gehalt unterhalb dieser Konzentration. Die Salinität (lateinisch salinus: salzig) von Meerwasser ist ortsabhängig recht unterschiedlich: In kühlen Regionen mit starkem Süßwasserzufluss ist sie wesentlich niedriger als in warmen, trockenen Gegenden. Sie liegt im Durchschnitt bei 3,5 %. Gemische von Salz- und Süßwasser mit Salzgehalten von 0,1 bis 1 %, wie sie in Flussästuaren (trichterförmige Mündungen ins Meer) auftreten, nennt man Brackwasser. Es gibt auch salzhaltige Binnengewässer. Bei diesen handelt es sich um abflusslose Seen in Trockengebieten. Hier werden zum Teil beträchtliche Salzgehalte erreicht, die zehnmal höher sein können als in Meerwasser. Die Tabelle gibt die Salinität einiger Salzgewässer wieder.

 

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| Tabelle: Salinität einiger Salzgewässer (in Gewichtsprozent)                                                       |

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| Meere                                          | Salzgehalt   | Seen                                         | Salzgehalt   |

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| Finnischer Meerbusen (Ostsee)     | 0,05            | Great Salt Lake (USA)                | 15-28          |

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| Mittelmeer                                   | 3,7-3,9        | Totes Meer (Israel/Jordanien)      | ca. 30         |

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| Persischer Golf                            | 4,0              | Urmiasee (Iran)                          | >30             |

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Salzlager gibt es beispielsweise in der norddeutschen Tiefebene (Staßfurt), in Galizien (Wieliczka), im Salzkammergut, an der Golfküste der USA und in Russland westlich des Urals. In den unteren, älteren Schichten eines Salzlagers ist das Kochsalz bis zu 15% mit Begleitsalzen verunreinigt, was der gewöhnlichen Zusammensetzung von Meerwasser entspricht, während die oberen, später abgeschiedenen Schichten zu etwa 98 % aus Kochsalz bestehen. Die oberste Schicht besteht vorwiegend aus Kalisalzen, die noch besser löslich sind als Natriumchlorid.

 

Die Verteilung des Salzes auf der Erde ist vor allem an den Wasserkreislauf gekoppelt. Durch Verdunstung gelangt Wasser in die Atmosphäre, kondensiert dort zu Wolken, die zum Teil über dem Festland abregnen. Dort lösen sie Salze aus dem Boden und dem darunter liegenden, verwitternden Gestein heraus. Das leicht salzhaltige Sickerwasser sammelt sich in Bächen und Flüssen und fließt den Meeren zu, aus denen das Wasser erneut verdunstet, seine Salzfracht jedoch zurücklässt. Auf diese Weise werden den Ozeanen jährlich 2,7 ☓ 10⁹ Tonnen Salz zugeführt. Eine Abscheidung von Salz aus dem Meer erfolgt weltweit, besonders aber in küstennahen Flachmeeren im Bereich trocken-heißer Klimate. Die großen Salzlager in Perm (Zechstein) und Trias, deren Alter auf 200—260 Millionen Jahre geschätzt wird, sind auf die Abschnürung und Eintrocknung von Meeresteilen zurückzuführen. Auch die abflusslosen Salzseen sind solche Sammelstellen. Seit der Entstehung des Urozeans vor rund 3,6 Milliarden Jahren, der vermutlich noch sehr wenig Salz enthielt, bis vor einigen Millionen Jahren hat der Salzgehalt des Meeres langsam zugenommen, was man aus der Untersuchung von Sedimenten und Fossilien folgert. Seither halten sich Salzzufuhr und -ablagerung in den Ozeanen die Waage.

 

 Biologische Bedeutung von Salzen

 

Die allmähliche Erhöhung des Salzgehalts in den Ozeanen ermöglichte es den Meereslebewesen, sich im Zuge der Evolution daran anzupassen. Die Vorfahren der Landlebewesen verließen dagegen ihre Heimat im Meer, und die meisten von ihnen verloren damit auch ihre Fähigkeit, Salzwasser in ihrem Stoffwechsel zu verarbeiten. Lebewesen, die hohe Salzkonzentrationen vertragen können, nennt man halotolerant (von griechisch hals: Salz). Die meisten Landpflanzen sind Glykophyten (Süßwasserpflanzen, von griechisch glykys: süß und phyton: Pflanze) und nur wenig halotolerant: Auf Dauer vertragen sie keine höheren Salzgehalte in der Bodenlösung als 0,5 %. Eine Ausnahme sind die Halophyten (Salzpflanzen). Halophile Organismen verkraften nicht nur hohe Salzgehalte, sie benötigen sie sogar: Die Halobakterien brauchen in ihrer Umgebung Salzkonzentrationen von 6 bis 23 %, manche extrem Halophile sogar 12—36 %. Zum Vergleich: Physiologische oder isotonische Kochsalzlösung, die osmotisch dem menschlichen Blutserum entspricht, enthält 0,9 % Natriumchlorid. (Der osmotische Druck wird von einem Konzentrationsgefälle eines gelösten Stoffes an einer halb durchlässigen Membran wie beispielsweise der Zellwand hervorgerufen; er lässt Zellen in hypotonischen, zu wenig Salz enthaltenden Lösungen platzen, in hypertonischen Lösungen, bei zu hoher Salinität, dagegen zusammenschrumpfen.) Steht einem Menschen nur hypertonische Kochsalzlösung (mit mehr als 0,9% NaCl) zum Trinken zur Verfügung, so verdurstet er. Dieses Schicksal erlitten schon viele Schiffbrüchige, denn das Meerwasser ist fast überall hypertonisch.

 

Der Mensch muss mit der Nahrung täglich etwa ein Gramm Natrium zu sich nehmen. Für Tiere gilt Ähnliches, während Pflanzen kaum Natrium benötigen und bevorzugt Kalium aufnehmen. Pflanzenfresser, etwa Ziegen oder Kühe, decken ihren Natriumbedarf durch Salzlecken. Der Kaliumbedarf des Menschen liegt bei 0,8 Gramm täglich. Die durchschnittliche Versorgung mit diesen Ionen durch die Nahrung liegt jedoch beim Fünf- bis Fünfzehnfachen. Natrium- und Kaliumionen dienen — gelöst in intra- und extrazellulären Flüssigkeiten — außer zur Einstellung des osmotischen Drucks vor allem zur Aktivierung von Enzymen und zur Ausbildung von Membranpotenzialen bei der Nervenleitung. Zwischen den beiden verwandten Alkalimetallen Natrium und Kalium besteht meist ein Antagonismus, das heißt, die beiden Ionen stehen miteinander an vielen Wirkungsorten in Konkurrenz. Natriummangel führt zu Durst, Appetitlosigkeit, Kollapsneigung, Schwindel, Kopfschmerzen, Übelkeit, Muskelkrämpfen und verminderter Harnausscheidung. Chronischer Natriumüberschuss kann erhöhten Blutdruck zur Folge haben; eine akute Salzvergiftung führt zu Durst, Erbrechen, Durchfall, Schwäche und übermäßiger Harnausscheidung. Die tödliche Dosis beträgt beim Menschen etwa zwei bis drei Gramm pro Kilogramm Körpergewicht. Der Tod tritt infolge von Herz- und Atemstörungen, Lähmungen und inneren Blutungen ein. Kaliummangel führt beim Menschen zu Appetitverlust, Verstopfung, Lähmungen und Herzrhythmusstörungen, bei Pflanzen zu beeinträchtigter Photosynthese, zur Zuckeranreicherung und verminderter Bildung von Cellulose. Chloridionen werden zur Bildung von Salzsäure im Magen benötigt.

 

 Technische und kulturgeschichtliche Bedeutung

 

Direkte Verwendung findet Kochsalz beim Konservieren und Würzen von Lebensmitteln sowie zum Regenerieren verbrauchter Ionenaustauscher (Wasserenthärtungsanlagen) und als Tau- oder Streusalz. Die letztgenannte Verwendung führt jedoch zu einer verstärkten Korrosion von Fahrzeugen und Brücken und gefährdet Vegetation und Grundwasser. Kochsalz dient ferner zur Herstellung von Soda, Ätznatron, Borax und Wasserglas sowie von Salzsäure, Chlorgas und metallischem Natrium, die in der chemischen Industrie für eine Vielzahl von Synthesen gebraucht werden. Unterirdische Salzlager, Salzstöcke genannt, werden als Endlager für radioaktive Abfälle ins Auge gefasst, ein Beispiel ist die in der Nähe des nordostniedersächsischen Gorleben geplante Anlage.

 

Wegen der Bedeutung bei der Zubereitung und Haltbarmachung von Speisen war Salz in der Vergangenheit ein überaus kostbarer Stoff und galt in vielen Kulturen als heilig, wobei Salz häufig als ein Bindeglied zwischen Gott und Mensch oder den Menschen untereinander aufgefasst wurde. Besonders die Tatsache, dass Tränen ebenso salzig schmecken wie Meerwasser, gab Anlass zu tiefgründigen Spekulationen. Die Symbolkraft von Salz äußert sich in bis heute erhalten gebliebenen Brauchtümern, etwa der Sitte, einem Gast beim Betreten des Hauses Brot und Salz anzubieten oder Frischvermählten Wein, Brot und Salz zu schenken. Auch das Jesuswort »Ihr seid das Salz der Erde« ist in diesem Zusammenhang zu sehen. Das versehentliche Verschütten von Salz wird von manchen als böses Omen betrachtet.

 

Viele Ortsnamen weisen noch heute auf die Gewinnung von Salz hin: Salzburg, Salzwedel, Salzgitter, Bad Salzuflen, Bad Salzungen, Bad Salzdetfurt, Bad Reichenhall, Schwäbisch Hall und Halle/Saale (»hal« bedeutete im Mittelhochdeutschen Salzquelle), um nur einige Beispiele aus dem deutschsprachigen Raum zu nennen. Die vielen Kurorte in dieser Nennung deuten auf die unten angesprochenen Heilwirkungen des Salzes hin.

 

Mit Salz wurde auch schwunghafter Handel getrieben. Die noch heute bekannten Salzstraßen legen davon Zeugnis ab. Salz diente bei den Römern zur Bezahlung der Soldaten: Der Sold wurde damals als »salarium« bezeichnet, wovon sich das heutige Wort Salär ableitet. In der Heilkunde fand Salz schon in prähistorischer Zeit Anwendung, äußerliche wie auch innere. Der ägyptische Priester Imhotep, der griechische Gelehrte Hippokrates, der römische Arzt Dioskurides und sein jüngerer Kollege, der Grieche Galen, der Araber Ibn Sina (Avicenna), der Jude Maimonides, die Ärzteschule von Salerno und der Deutsche Paracelsus — jeder der namhaften Ärzte und Naturwissenschaftler der Vergangenheit wies in seinen Schriften auf die mannigfaltigen Wirkungen und Applikationen von Salz hin: zur Blutstillung, Wundreinigung und Entzündungshemmung, als Brech- und Abführmittel, zur Auslösung von Wehen, gegen alle möglichen Krankheiten und Leiden. Auch heute noch dienen salzhaltige Inhalationslösungen zur Linderung von Erkältungskrankheiten (auch »inhalieren« leitet sich von griechischen hals ab), Salzbäder werden gegen Hauterkrankungen und Gelenkschmerzen eingesetzt, Einläufe bei Verstopfung sowie Soletrinkkuren im Rahmen von Diäten, zur Verdauungsförderung und zur Erleichterung des Abhustens. Physiologische Kochsalzlösung stellt einen behelfsmäßigen Blutplasmaersatz dar.

 

Literatur:

 

Walter Botsch: Salz des Lebens. Kochsalz — NaCl. Stuttgart 1971.

 Jean-Claude Hocquet: Weißes Gold. Das Salz und die Macht in Europa von 800 bis 1800. Aus dem Französischen. Stuttgart 1993.

 

Salz, Macht, Geschichte, herausgegeben von Manfred Treml u.a. Ausstellungskatalog Haus der Bayerischen Geschichte, Augsburg.Augsburg 1995.

 Eberhard Wormer: Die Heilkraft des Salzes. München ²1996.

 Michael Groß: Exzentriker des Lebens. Zellen zwischen Hitzeschock und Kältestreß. Heidelberg 1997.

 Alfred Komarek: Österreich mit einer Prise Salz. Ein Mineral macht Geschichte. Wien 1998.

 Anita Schweiger: Heilen mit Salz. München 2000.