КАРБОНАТ КАЛЬЦІЮ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, УТВОРЕННЯ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Карбонат кальцію являє собою неорганічну сполуку , хімічна формула якого СаСО ₃ . В основному міститься в таких мінералах, як кальцит і арагоніт. Він також складає вапняк, осадову породу, в якій присутній мінеральний кальцит.

Цей важливий металевий карбонат отримують промислово за допомогою видобутку та подрібнення мінералів, які його містять; Для цього в основному використовується мармур. Інший процес полягає у використанні оксиду кальцію, який перетворюється на гідроксид кальцію, осаджуючи з нього карбонат кальцію шляхом додавання вуглекислого газу. Таким чином отримують кристали широкого діапазону розмірів.

Оболонка равликів складається в основному з карбонату кальцію. Джерело: Pixabay.

Шкаралупи молюсків, яєчні шкаралупи та оболонки устриць, в яких він присутній, також можуть бути використані для промислового виробництва CaCO ₃ в невеликих масштабах.

Карбонат кальцію, присутній у вапняку, розчиняється у воді діоксидом вуглецю, утворюючи бікарбонат кальцію. Ця дія може спричинити печери і є причиною лугу води; подія, що має велике значення у підтримці життя в ньому.

Він використовувався при побудові та розробці скульптур; Прикладами цього є Парфенон в Афінах, Краківський собор та скульптура Авраама Лінкольна у Вашингтоні. Однак його сприйнятливість до кислотних дощів зменшила його використання в будівництві.

Карбонат кальцію мав багаторазове застосування у промисловості як пластиковий та паперовий наповнювач. У медицині його застосовували для контролю шлункової кислотності; як дієтична добавка кальцію; контролювати фосфатемію у пацієнтів з хронічною нирковою недостатністю тощо.

Будова

Кристалічна структура CaCO3 представлена ​​просторовою моделлю наповнення. Джерело: CCoil

Формула карбонату кальцію СаСО ₃ вказує, що відношення Са ^{2+ до} іонів CO ₃ ^2- становить 1: 1; тобто для кожного Ca ²⁺ існує аналог CO ₃ ^{2-, що} взаємодіє з ним електростатично. Таким чином, іонний зв’язок закінчується влаштуванням цих іонів для формування структурних моделей, що визначають кристал.

На верхньому зображенні показана структура CaCO ₃ . Зелені сфери відповідають катіонам Са ²⁺ , а червона та чорна сфери ^- аніонами CO ₃ ^2- . Зауважте, що структура, як видається, складається з декількох шарів: один з кальцію, а другий з карбонату; що означає, що він кристалізується в компактну шестикутну структуру.

Ця гексагональна фаза (β-CaCO ₃ ) відповідає поліморфу. Є ще два: орторомбічний (λ-CaCO ₃ ) і ще більш щільний шестикутний (μ-CaCO ₃ ). Зображення нижче допомагає краще візуалізувати щасливий шестикутник:

Шестикутна структура кальциту. Матеріолог в англійській Вікіпедії

Однак залежно від температури (а для цієї солі в меншій мірі і тиску) іони в своїх коливаннях підлаштовуються під інші структури; це вже згадані поліморфи (β, λ і μ).

Оскільки вони звучать, вони не дуже відомі, якщо тільки в майбутньому розділі їх не згадують їх мінералогічні назви.

Білкова твердість

Кристали CaCO ₃ не поодинці: вони можуть приймати домішки, такі як інші катіони металів, які їх забарвлюють; або білки, включаючи органічну матрицю, яка певним чином сприяє її природній твердості.

Білки знижують напругу, яке кристали відчувають один проти одного під тиском або ударом. Як? Коли бутерброд між панелями, діючи так, ніби це «колодка» (подібно до набору цегли-цегли).

Ось чому ця сполука або мінерал є біосумісним, і не дивно, що вона входить до складу нігтів, черепашок, раковин або кісток їжаків. Це стало джерелом натхнення для тих, хто присвячений розробці нових матеріалів.

Властивості

Інші імена

-Арагоніт

-Кальцит

-Волтерито

-Кальцієве молоко

-Біла дошка

-Марблю

Молярна маса

100.086 г / моль.

Фізичний опис

Білий порошок без запаху.

Смак

Крейдяний, несмачний.

Температури плавлення і кипіння

Він розкладається, тому що вивільняє CO ₂ до того, як він навіть розплавиться або закипить.

Розчинність

Практично нерозчинний у воді та спирті. Він розчиняється шипуче в розведеній оцтовій і соляній кислотах. Однак гідроксиди знижують його розчинність. Тим часом солі амонію та вуглекислий газ підвищують розчинність карбонату кальцію у воді.

Щільність

2,7 - 2,95 г / см ³ .

Розкладання

Близько 825 ºC він розкладається на оксид кальцію (вапно) та вуглекислий газ (CO ₂ ).

рН

8 - 9

Показник заломлення

-1,7216 при 300 нм і 1,6584 при 589 нм (кальцит).

-1,5145 при 300 нм і 1,4864 при 589 нм (арагоніт).

Несумісність

З кислотами, глином та амонієвими солями.

Ентальпія синтезу

36 кДж / моль при 800 ° С (кальцит).

Константа розчинності

3,36 · 10 ^-9 при 25 ° C.

Твердість

-3,0 (кальцит)

-3,5 - 4,0 (арагоніт) за шкалою Мооса.

Фазові переходи

Арагоніт метастабілізується і незворотно змінюється на кальцит при нагріванні на сухому повітрі при температурі 400 ° С.

Реактивність

Карбонат кальцію реагує з кислотами, вивільняючи вуглекислий газ, іонний кальцій та воду.

Карбонат кальцію поєднується з водою, насиченою вуглекислим газом, еквівалентною вуглекислоті (H ₂ CO ₃ ), утворюючи бікарбонат кальцію.

Навчання

Крейда, мармур та вапняк, перші два мінерали та скельний матеріал, третя - містять карбонат кальцію та мають осадне походження, і, як вважають, вони утворюються осадженням равликів протягом мільйонів років.

PH може бути найважливішим фактором утворення поліморфів при температурі 24 ° C. Ватерит є основним продуктом в діапазоні pH від 8,5 до 10; арагоніт знаходиться при рН 11; і кальцит при рН> 12.

Також відомо, що багато прісноводних водоростей створюють кристали кальциту при вирощуванні в насиченому кальцієм середовищі. Крім того, мікроводорості здатні викликати осадження карбонату кальцію.

Форми карбонату кальцію

На малюнках нижче показані три основні форми або поліморфи карбонату кальцію:

Кальцитовий кристал. Джерело: Батько Гері

Кристал арагоніту. Джерело: Battistini Riccardo

Кристали ватериту. Джерело: Роб Лавінський, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Зверху вниз - поліморфи кальцит, арагоніт і ватерит. Зауважте на перший погляд різницю між морфологією його кристалів (колір характерний для його походження та особливостей його оточення).

Ватерит є більш непрозорим, ніж кальцит, останній стає повністю прозорим (ісландський шпат) і тому використовується в ювелірних та оптичних програмах. Тим часом кристали арагоніту нагадують невеликі подовжені моноліти.

Якщо під електронним мікроскопом спостерігатимуть зразки цих трьох поліморфів, їх кристали (із сіруватими тонами через те, що методика не дозволяє кольорову роздільну здатність), були б виявлені ті самі морфології, як у макроскопічних масштабах; тобто неозброєним оком.

Серед цих трьох поліморфів кальцит є найпоширенішим і стабільним, за ним слідує арагоніт і, нарешті, ватерит, найрідкісніший з форм CaCO ₃

Програми

Промислові

Карбонат кальцію підвищує стійкість до кручення та зчеплення синтетичного та натурального каучуку, зберігаючи його гнучкість. Застосовується в будівельній галузі як інгредієнт цементу і як сировина для вапна. Його використання було зменшено, оскільки воно пошкоджене кислотними дощами.

Карбонат кальцію використовується при очищенні заліза. У вигляді вапна він видаляє діоксид сірки, присутній у металі. Його використовують при очищенні цукру від буряка. Колись він використовувався як крейда на дошці, але для цього застосування був замінений гіпсом.

Карбонат кальцію змішується з шпаклівкою, яка використовується при монтажі скла. Земля використовується як матеріал наповнювача в мікропористій плівці, що використовується в пелюшках. Він також використовується в якості наповнювача в пластмасах, таких як ПВХ. Крім того, це збільшує міцність пластику.

Карбонат кальцію використовується для підвищення покривної здатності фарб. Він використовується як матеріал для заповнення паперу, оскільки він дешевший, ніж деревне волокно, і може становити більше 10% паперу.

Лікарі

Застосовується як антацидний засіб для боротьби з гіперацидністю шлунка та полегшенням травлення. Застосовується як дієтична добавка кальцію і при лікуванні та профілактиці остеопорозу. Застосовується при лікуванні гіперфосфатемії у пацієнтів з хронічною нирковою недостатністю.

Він застосовувався для зменшення небажаних ефектів інгібіторів протеази, що застосовуються при лікуванні ВІЛ, при цьому у пацієнтів спостерігається зменшення діареї.

Це призводить до зниження артеріального тиску у вагітних з гіпертонічною хворобою та гестоз, оскільки обидва можуть бути пов’язані з підвищеним попитом на кальцій через наявність плоду.

Інші

Карбонат кальцію використовується в сільському господарстві як добриво і для боротьби з кислотністю в ґрунті. Застосовується як консервант, зберігає колір і зміцнює їжу.

Крім того, він є інгредієнтом зубної пасти і служить абразивом у вигляді порошку при чищенні та митті.

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
2. Вікіпедія. (2019). Кальцію карбонат. Відновлено з: en.wikipedia.org
3. Національний центр інформації про біотехнології. (2019). Кальцію карбонат. PubChem База даних., CID = 10112. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Кай-Інь Чонг, Чін-Хуа Чіа та Сарані Закарія. (2014). Поліморфи карбонату кальцію при температурній реакції. Матеріали конференції AIP 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. Грег Ветрі. (1 листопада 2016 р.). Виявлення того, як кристали карбонату кальцію набувають міцності. Перевага бізнес-маркетингу. Відновлено з: rdmag.com
6. Американські елементи. (2019). Кальцію карбонат. Відновлено з: americanelements.com
7. ElSevier. (2019). Кальцію карбонат. ScienceDirect. Відновлено з: sciencedirect.com
8. Хімічна книга. (2017). Кальцію карбонат. Відновлено з: chemicalbook.com