Mixed materials ; gips

Gips (genoemd naar het Griekse γύψος, "krijt" of "gips") is een mineraal dat grotendeels uit het zoutcalciumsulfaat (CaSO₄) bestaat, een verbinding van het calcium en het sulfaat-ion.

Fysische eigenschappen en voorkomen

In de natuur komt calciumsulfaat in kristallijne vorm als seleniet en als albast voor. Deze vormen hebben 2 moleculen kristalwater in het kristalroosterCaSO₄·2H₂O.

Calciumsulfaat kan meerdere verschijningsvormen aannemen, ze hebben geen effect op het chemische gedrag van de stof.

(CaSO₄):

• di-hydraat, CaSO₄·2H₂O, het uitgeharde gips, of de gipskristallen die in de natuur worden aangetroffen;
• hemi-hydraat, 2 CaSO₄· H₂O of CaSO₄· 1/2 H₂O calciumsulfaathemihydraat of dicalciumsulfaatmonohydraat, een gipspoeder dat door toevoeging van water weer kristalwater opneemt en daardoor weer hard wordt en weer het di-hydraat vormt;
• gamma anhydraat, CaSO₄, de waterarme vorm. Wordt onder andere gebruikt voor droogmiddelen.
• beta anhydraat, CaSO₄, de watervrije vorm. Wordt onder andere in de bouw als vulstof gebruikt.

Bij het verhitten van gips boven 150 °C dehydrateert het mineraal gedeeltelijk, een verlies van water uit zijn kristalrooster en wordt het hemi-hydraat gevormd:

CaSO₄·2 H₂O → CaSO₄· 1/2 H₂O (s) + 1,5 H₂O

of

2 CaSO₄·2 H₂O → (CaSO₄)₂· H₂O (s) + 3 H₂O

Wordt het hemi-hydraat verder verwarmd (180 °C), ontstaat calciumsulfaat met zeer weinig kristalwater we spreken dan van het gamma-anhydraat. Bij toevoegen van water gaat dit terug over naar het di-hydraat. Dit wordt onder meer gebruikt voor droogmiddelen. Wordt het hemi-hydraat verder verwarmd (250°C), ontstaat calciumsulfaat zonder kristalwater. We spreken dan van beta-anhydraat. Dit bezit een ander kristalrooster dan gammma-anhydraat en slorpt geen water op, zelfs niet over geologische tijdspannes.

Gips is zacht. Op de hardheidsschaal van Mohs is het hardheid twee. Met een vingernagel kan men een kras maken in het gips, wat aangeeft dat gips zachter is dan nagel. Gips komt ook in de natuur voor en er kunnen dikke afzettingen in gesteentelagen aanwezig zijn. Doordat gips van nature erg zacht is zal het snel eroderen. Meestal als gips in de formatie van een berg aanwezig is, zullen de gipslagen zich onder gesteentelagen van minder erosiegevoelige gesteenten als zandsteen en kalksteen bevinden. Een voorbeeld van een berg die gedeeltelijk uit gips bestaat is de Dent du Villard.

Doordat gips kristalwater bevat kan het worden gebruikt als brandvertrager. Mede hierdoor wordt gips veel toegepast in de bouw. Het wordt dus ingezet als eenvlamvertrager, bijvoorbeeld in verf of plafondelementen. Het mechanisme van de vlamvertraging gaat als volgt. De energie van de brand wordt gebruikt om hetkristalwater te verwijderen. Daarbij ontstaat eerst CaSO₄·½H₂O en bij voldoende hoge temperatuur tenslotte CaSO₄.

Gips zet bij verharding iets uit (0,5%).

Productie

Een hand in gipsverband

Krijtjes worden meestal van gips gemaakt

Gipskristallen in Nieuw-Zuid-Wales, Australië

Gipsbranderij

Gips kan op diverse manieren verkregen worden. Hieronder staan de drie belangrijkste bronnen van gips:

• Natuurgips wordt gedolven in sites uit de natuur, vooral in Frankrijk, in het bekken rond Parijs. De eerste gipslagen ontstonden zo'n 100 tot 200 miljoen jaar geleden door verdamping van het zeewater in de ondiepe wateren van de aarde.
• Fosfo-gips ontstaat als restproduct bij de productie van fosfaten. Fosfaten worden toegepast in diverse producten : voedings- en metaalproducten, waterbehandeling- en zuivering, meststoffen, verven, papier ... Dit type gips wordt gekenmerkd door een hoge zuiverheidgraad en een helwitte kleur.
• Sulfo-gips ontstaat bij de recyclage uit de met steenkool aangedreven elektriciteitscentrales. Dit is beter bekend als RO-gips (rookgasontzwaveling-gips). Simpel gezegd worden de rookgassen door een kalkemulsie gevoerd en dan geoxideerd, waardoor het zwavel uit de steenkool zich bindt aan de kalk. Door er nog eens flink zuurstof doorheen te blazen verandert het calciumsulfiet in sulfaat en hebben we gips met een hoge zuiverheidgraad.

Andere gebruiken

• Afgietsels van beelden worden ook van gips gemaakt. Vandaar dat zo'n beeld ook een gips wordt genoemd
• Ook wordt gips wel in de beeldhouwkunst gebruikt om eenmalige mallen te maken voor afgietsels in diverse materialen
• Gips, vermengd met vuurvaste materialen als chamotte, wordt ook gebruikt om vuurvaste gietvormen van te maken bij het bronsgieten in de Cire perduemethode.
• Bij het werken met gietklei, zoals in de keramische industrie bij het maken van bijvoorbeeld toiletpotten, worden gipsen gietkappen gebruikt als matrijs en om water aan de gietklei te onttrekken
• Schoolbordkrijt
• Vulstof in verf en in tandpasta
• Calciumsulfaat is ook toegelaten als Voedingsadditief voor voedingsmiddelen. Het E-nummer van calciumsulfaat is E516
• Grondverbeteraar
• CaSO₄ wordt in zijn watervrije toestand soms gebruikt in vuurwerk als Hoge-temperatuur oxidator zoals in rode sterren of sommige flash composities.
• Archeologisch conservatie- en restauratiewerk