КАРБОНАТ КАЛЬЦИЯ: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ОБРАЗОВАНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2026

Карбонат кальция представляет собой неорганическое соединение , химическая формула которого СаСО ₃ . В основном он содержится в таких минералах, как кальцит и арагонит. Он также составляет известняк, осадочную породу, в которой присутствует минерал кальцит.

Этот важный карбонат металла получают промышленным способом путем добычи и измельчения содержащих его минералов; В основном для этой цели используется мрамор. Другой процесс заключается в использовании оксида кальция, который превращается в гидроксид кальция, осаждая из него карбонат кальция путем добавления диоксида углерода. Таким способом получаются кристаллы самых разных размеров.

Раковина улиток состоит в основном из карбоната кальция. Источник: Pixabay.

Скорлупа моллюсков, яичная скорлупа и скорлупа устриц, в которых она присутствует, также могут быть использованы для промышленного производства CaCO ₃ в небольших масштабах.

Карбонат кальция, присутствующий в известняке, растворяется диоксидом углерода в воде, образуя бикарбонат кальция. Это действие может привести к образованию каверн и подщелачиванию воды; событие, имеющее большое значение для поддержания жизни в нем.

Он использовался при строительстве и разработке скульптур; Примерами этого являются Парфенон в Афинах, Краковский собор и скульптура Авраама Линкольна в Вашингтоне. Однако его восприимчивость к кислотным дождям уменьшила его использование в строительстве.

Карбонат кальция имеет множество применений в промышленности в качестве наполнителя для пластика и бумаги. В медицине он используется для контроля кислотности желудочного сока; как пищевая добавка кальция; для контроля фосфатемии у пациентов с хронической почечной недостаточностью и др.

Структура

Кристаллическая структура CaCO3 представлена ​​моделью пространственного заполнения. Источник: CCoil

Формула карбоната кальция CaCO ₃ показывает, что соотношение ионов Ca ^{2+ к} CO ₃ ^2- составляет 1: 1; то есть для каждого Ca ²⁺ существует аналог CO ₃ ^2-, электростатически взаимодействующий с ним. Таким образом, ионная связь приводит к тому, что эти ионы образуют структурные узоры, определяющие кристалл.

На верхнем изображении показана структура CaCO ₃ . Зеленые сферы соответствуют катионам Ca ²⁺ , а красные и черные сферы - анионам CO ₃ ^2- . Обратите внимание, что структура состоит из нескольких слоев: один из кальция, а другой из карбоната; что означает, что он кристаллизуется в компактную гексагональную структуру.

Эта гексагональная фаза (β-CaCO ₃ ) соответствует полиморфу. Есть два других: орторомбический (λ-CaCO ₃ ) и еще более плотный гексагональный (μ-CaCO ₃ ). Изображение ниже помогает лучше визуализировать счастливый шестиугольник:

Гексагональная структура кальцита. Материаловед из английской Википедии

Однако в зависимости от температуры (и для этой соли, в меньшей степени, давления) ионы в своих колебаниях перестраиваются в другие структуры; это уже упомянутые полиморфы (β, λ и μ).

Как они звучат, они не очень хорошо известны, если только они не будут упомянуты с их минералогическими названиями в будущем разделе.

Жесткость белка

Кристаллы CaCO ₃ не одни: они могут содержать примеси, такие как катионы других металлов, которые их окрашивают; или белки, содержащие органическую матрицу, которая некоторым образом способствует его естественной твердости.

Белки уменьшают напряжение, которое кристаллы испытывают друг относительно друга под давлением или ударами. Как? Когда он зажат между стеклами, действует как «прокладка» (аналогично набору «кирпич-цемент-кирпич»).

Вот почему это соединение или минерал является биосовместимым, и неудивительно, что он входит в состав ногтей, ракушек, ракушек или костей ежей. Это стало источником вдохновения для тех, кто занимается разработкой новых материалов.

свойства

Другие имена

-Aragonite

-Кальцит

-Volterito

-Кальциевое молоко

-Whiteboard

-Мрамор

Молярная масса

100,086 г / моль.

Физическое описание

Белый порошок без запаха.

Вкус

Мел, безвкусный.

Точки плавления и кипения

Он разлагается, потому что выделяет CO _{2 еще} до того, как расплавится или закипит.

Растворимость

Практически не растворим в воде и спирте. Быстро растворяется в разбавленных уксусной и соляной кислотах. Однако гидроксиды снижают его растворимость. Между тем соли аммония и диоксид углерода увеличивают растворимость карбоната кальция в воде.

плотность

От 2,7 до 2,95 г / см ³ .

декомпозиция

При температуре около 825 ºC он разлагается на оксид кальция (известь) и диоксид углерода (CO ₂ ).

pH

8-9

Показатель преломления

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

-1,5145 при 300 нм и 1,4864 при 589 нм (арагонит).

Несовместимость

С кислотами, квасцами и солями аммония.

Энтальпия плавления

36 кДж / моль при 800 ° C (кальцит).

Константа произведения растворимости

3,36 · 10 ^-9 при 25 ° С.

твердость

-3,0 (кальцит)

-3,5 - 4,0 (арагонит) по шкале Мооса.

Фазовые переходы

Арагонит является метастабильным и необратимо превращается в кальцит при нагревании на сухом воздухе до 400 ° C.

Реактивность

Карбонат кальция реагирует с кислотами, выделяя углекислый газ, ионный кальций и воду.

Карбонат кальция соединяется с водой, насыщенной диоксидом углерода, эквивалентным угольной кислоте (H ₂ CO ₃ ), с образованием бикарбоната кальция.

Повышение квалификации

Мел, мрамор и известняк, первые два минерала и скалистый материал третий, содержат карбонат кальция и имеют осадочное происхождение. Считается, что они образовались в результате отложения улиток в течение миллионов лет.

PH может быть наиболее важным фактором в образовании полиморфов при температуре 24ºC. Ватерит является основным продуктом в диапазоне pH от 8,5 до 10; арагонит имеет pH 11; и кальцит при pH> 12.

Кроме того, известно, что многие пресноводные водоросли образуют кристаллы кальцита при выращивании в среде, насыщенной кальцием. Кроме того, микроводоросли способны вызывать осаждение карбоната кальция.

Формы карбоната кальция

На изображениях ниже показаны три основные формы или полиморфы карбоната кальция:

Кристалл кальцита. Источник: Родитель Жери

Кристалл арагонита. Источник: Баттистини Риккардо

Кристаллы ватерита. Источник: Роб Лавинский, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Сверху вниз представлены полиморфы кальцита, арагонита и фатерита. Обратите внимание с первого взгляда на разницу между морфологией его кристаллов (цвет типичен для его происхождения и характеристик окружающей среды).

Фатерит более непрозрачен, чем кальцит, последний даже становится полностью прозрачным (исландский шпат) и поэтому используется в ювелирных изделиях и оптике. Между тем кристаллы арагонита напоминают небольшие вытянутые монолиты.

Если образцы этих трех полиморфов наблюдать под электронным микроскопом, их кристаллы (с сероватыми тонами из-за того, что метод не позволяет разрешать цвет), будут обнаружены те же морфологии, что и в макроскопических масштабах; то есть невооруженным глазом.

Среди этих трех полиморфов кальцит является наиболее распространенным и стабильным, за ним следует арагонит и, наконец, ватерит, самая редкая из форм CaCO _3.

Приложения

промышленные

Карбонат кальция увеличивает сопротивление скручиванию и растяжению синтетического и натурального каучука, сохраняя его эластичность. Он используется в строительной промышленности в качестве ингредиента в цементе и в качестве сырья для производства извести. Его использование сократилось из-за повреждения кислотными дождями.

Карбонат кальция используется для очистки железа. В форме извести удаляет присутствующий в металле диоксид серы. Он используется для очистки свеклы от сахара. Когда-то он использовался как мел для школьной доски, но теперь его заменили гипсом.

Карбонат кальция смешивают со шпатлевкой, которая используется при установке стекла. Грунт используется в качестве наполнителя микропористой пленки, используемой в подгузниках. Он также используется в качестве наполнителя в пластиках, таких как ПВХ. Кроме того, это увеличивает прочность пластика.

Карбонат кальция используется для увеличения укрывистости красок. Он используется в качестве наполнителя для бумаги, потому что он дешевле древесного волокна и может составлять более 10% бумаги.

Врачи

Он используется как антацид для борьбы с повышенной кислотностью желудка и облегчения пищеварения. Он используется в качестве пищевой добавки с кальцием, а также для лечения и профилактики остеопороза. Он используется при лечении гиперфосфатемии у пациентов с хронической почечной недостаточностью.

Он использовался для уменьшения нежелательных эффектов ингибиторов протеазы, используемых при лечении ВИЧ, с уменьшением диареи, наблюдаемой у пациентов.

Он вызывает снижение артериального давления у беременных с гипертонией и преэклампсией, так как оба могут быть связаны с повышенным потреблением кальция из-за присутствия плода.

другие

Карбонат кальция используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения и для борьбы с кислотностью почвы. Он используется в качестве консерванта, фиксатора цвета и укрепления пищевых продуктов.

Кроме того, он входит в состав зубной пасты и служит абразивом в виде порошка при чистке и стирке.

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Wikipedia. (2019). Карбонат кальция. Получено с: en.wikipedia.org
3. Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Карбонат кальция. База данных PubChem., CID = 10112. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Кай-Инь Чонг, Чин-Хуа Чиа и Сарани Закария. (2014). Полиморфы карбоната кальция при температурной реакции. Протоколы конференции AIP 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. Грег Уотри. (1 ноября 2016 г.). Узнайте, как кристаллы карбоната кальция приобретают прочность. Преимущество бизнес-маркетинга. Получено с: rdmag.com
6. Американские элементы. (2019). Карбонат кальция. Получено с: americanelements.com
7. Elsevier. (2019). Карбонат кальция. ScienceDirect. Получено с: sciencedirect.com
8. Химическая книга. (2017). Карбонат кальция. Получено с: chemicalbook.com