- структура
- Водни разтвори
- Хипотетично твърдо вещество
- Стабилност: NaHCO
- Ca (HCO)
- Физични и химични свойства
- Химична формула
- Молекулно тегло
- Физическо състояние
- Разтворимост във вода
- Точки на топене и кипене
- Пожарна точка
- Рискове
- Приложения
- Препратки
В калциев бикарбонат е неорганична сол с химична формула Са (НСО 3) 2. Той произхожда в природата от калциевия карбонат, присъстващ във варовикови камъни и минерали като калцит.
Калциевият бикарбонат е по-разтворим във вода, отколкото калциев карбонат. Тази характеристика позволи образуването на карстови системи във варовикови скали и в структурирането на пещерите.
Източник: Pixabay
Подземните води, които преминават през пукнатините, стават наситени при изместване на въглеродния двуокис (CO 2). Тези води еродират варовикови скали, отделяйки калциев карбонат (CaCO 3), който ще образува калциев бикарбонат, съгласно следната реакция:
CaCO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O (l) => Ca (HCO 3) 2 (aq)
Тази реакция се проявява в пещери, където произлизат много твърди води. Калциевият бикарбонат не е в твърдо състояние, а във воден разтвор, заедно с Ca 2+, бикарбонат (HCO 3 -) и карбонатния йон (CO 3 2-).
Впоследствие чрез намаляване на насищането на въглеродния диоксид във водата се получава обратната реакция, тоест трансформацията на калциев бикарбонат в калциев карбонат:
Ca (HCO 3) 2 (aq) => CO 2 (g) + H 2 O (l) + CaCO 3 (s)
Калциевият карбонат е слабо разтворим във вода, това води до утаяването му като твърдо вещество. Горната реакция е много важна за образуването на сталактити, сталагмити и други спелеотими в пещерите.
Тези скалисти структури са образувани от капки вода, които падат от тавана на пещерите (горно изображение). Съдържащият се във водните капчици CaCO 3 кристализира, за да образува споменатите структури.
Фактът, че калциевият бикарбонат не се намира в твърдо състояние, затруднява употребата му, като са открити малко примери. По същия начин е трудно да се намери информация за токсичните му ефекти. Има доклад за набор от странични ефекти от използването му като лечение за предотвратяване на остеопороза.
структура
Източник: От Epop, от Wikimedia Commons
На горното изображение са показани два аниона HCO 3 - и катион Ca 2+, които взаимодействат електростатично. Според изображението, Ca 2+ трябва да бъде разположен в средата, тъй като по този начин HCO 3 - няма да се отблъскват взаимно поради отрицателните си заряди.
Отрицателният заряд в НСО 3 - е делокализиран между два кислородни атома, чрез резонанс между карбонилната група С = О и връзката С-О -; докато в CO 3 2–, той се делокализира между трите кислородни атома, тъй като връзката С-ОН се депротонира и следователно може да получи отрицателен заряд чрез резонанс.
Геометриите на тези йони могат да се разглеждат като сфери от калций, заобиколени от плоски триъгълници карбонати с хидрогениран край. По отношение на съотношението на размера калцият е значително по-малък от HCO 3 - йони.
Водни разтвори
Ca (HCO 3) 2 не може да образува кристални твърди вещества и всъщност се състои от водни разтвори на тази сол. В тях йони не са сами, както в изображението, но заобиколени от H 2 O молекули.
Как си взаимодействат? Всеки йон е заобиколен от хидратационна сфера, която ще зависи от метала, полярността и структурата на разтворените видове.
Са 2+ координати с атомите кислород във вода до образуване на воден комплекс, Са (ОН 2) п 2+, където п е цяло считана за шест; тоест „воден октаедър“ около калция.
Докато HCO 3 - анионите взаимодействат или с водородни връзки (O 2 CO - H-OH 2), или с водородни атоми на водата в посока на отрицателния заряд се декакализира (HOCO 2 - H - OH, диполно взаимодействие - йон).
Тези взаимодействия между Ca 2+, HCO 3 - и вода са толкова ефикасни, че правят калциев бикарбонат много разтворим в този разтворител; за разлика от CaCO 3, в който електростатичните привличания между Ca 2+ и CO 3 2– са много силни, утаяват се от водния разтвор.
В допълнение към водата има CO 2 молекули наоколо, които реагират бавно, за да доставят повече HCO 3 - (в зависимост от стойностите на pH).
Хипотетично твърдо вещество
Засега размерите и зарядите на йоните в Са (HCO 3) 2, нито наличието на вода, обясняват защо твърдото съединение не съществува; тоест чисти кристали, които могат да се характеризират с рентгенова кристалография. Ca (HCO 3) 2 не е нищо повече от йони, присъстващи във водата, от които кавернозните образувания продължават да растат.
Ако Ca 2+ и HCO 3 - могат да бъдат изолирани от водата, избягвайки следната химическа реакция:
Ca (HCO 3) 2 (aq) → CaCO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O (l)
Тогава те могат да бъдат групирани в бяло кристално твърдо вещество със стехиометрични съотношения 2: 1 (2НСО 3 / 1Са). Няма проучвания за неговата структура, но тя може да се сравни с тази на NaHCO 3 (тъй като магнезиевият бикарбонат, Mg (HCO 3) 2, не съществува като твърдо вещество) или с този на CaCO 3.
Стабилност: NaHCO
NaHCO 3 кристализира в моноклинната система, а CaCO 3 в тригоналната (калцитна) и орторомбична (арагонитна) системи. Ако Na + се замени с Ca 2+, кристалната решетка би се дестабилизирала при по-голямата разлика в размерите; С други думи, Na +, тъй като е по-малък, образува по-стабилен кристал с HCO 3 - в сравнение с Ca 2+.
Всъщност Са (HCO 3) 2 (aq) се нуждае от вода, за да се изпари, така че нейните йони да се групират в кристал; но кристалната му решетка не е достатъчно силна, за да го направи при стайна температура. При нагряване на водата възниква реакцията на разлагане (уравнение по-горе).
С Na + йон в разтвор, той ще образува кристала с НСО 3 - преди термичното му разлагане.
Причината, поради която Ca (HCO 3) 2 не кристализира (теоретично) се дължи на разликата в йонните радиуси или размерите на нейните йони, които не могат да образуват стабилен кристал преди разпадането.
Ca (HCO)
Ако от друга страна, Н + бяха добавени към кристалните структури на СаСО 3, техните физични свойства драстично биха се променили. Може би точките им на топене намаляват значително и дори морфологиите на кристалите в крайна сметка се променят.
Струва ли си да опитате синтеза на твърд Са (HCO 3) 2 ? Трудностите биха могли да надхвърлят очакванията, а солта с ниска структурна стабилност може да не даде значителни допълнителни ползи при всяко приложение, където вече се използват други соли.
Физични и химични свойства
Химична формула
Ca (HCO 3) 2
Молекулно тегло
162,11 g / mol
Физическо състояние
Не се появява в твърдо състояние. Той се намира във воден разтвор и опитите за превръщането му в твърдо вещество чрез изпаряване на вода не са успешни, тъй като той се превръща в калциев карбонат.
Разтворимост във вода
16,1 g / 100 ml при 0 ° С; 16,6 g / 100 ml при 20 ° C и 18,4 g / 100 ml при 100 ° С. Тези стойности са показателни за висок афинитет на водни молекули към Ca (HCO 3) 2 йони, както е обяснено в предишния раздел. Междувременно само 15 mg CaCO 3 се разтваря в литър вода, което отразява силните му електростатични взаимодействия.
Тъй като Ca (HCO 3) 2 не може да образува твърдо вещество, неговата разтворимост не може да бъде определена експериментално. Въпреки това, като се имат предвид условията, създадени от CO 2, разтворен във водата около варовика, може да се изчисли масата на калция, разтворен при температура Т; маса, която би била равна на концентрацията на Са (HCO 3) 2.
При различни температури разтворената маса нараства, както е показано от стойностите при 0, 20 и 100 ° C. След това, според тези експерименти, се определя колко от Ca (HCO 3) 2 се разтваря в близост до CaCO 3 във водна среда, газифицирана с CO 2. След като газообразният CO 2 излезе, CaCO 3 ще се утаи, но не и Са (HCO 3) 2.
Точки на топене и кипене
Кристалната решетка на Ca (HCO 3) 2 е много по-слаба от тази на CaCO 3. Ако може да се получи в твърдо състояние и температурата, при която се топи, се измерва във фузиометър, определено би се получила стойност под 899 ° C. По същия начин би се очаквало същото при определяне на точката на кипене.
Пожарна точка
Не е запалим.
Рискове
Тъй като това съединение не съществува в твърда форма, е малко вероятно той да представлява риск да борави с неговите водни разтвори, тъй като и йони на Са 2+ и НСО 3 - не са вредни при ниски концентрации; и следователно, по-големият риск, който би бил поглъщането на тези разтвори, може да се дължи само на опасна доза погълнат калций.
Ако съединението трябва да образува твърдо вещество, въпреки че физически може да се различава от CaCO 3, токсичните му ефекти може да не надхвърлят простия дискомфорт и сухота след физически контакт или при вдишване.
Приложения
-Разтворите на калциев бикарбонат отдавна се използват за измиване на стари хартии, особено исторически важни произведения на изкуството или документи.
-Използването на бикарбонатни разтвори е полезно не само защото те неутрализират киселините в хартията, но и осигуряват алкален резерв от калциев карбонат. Последното съединение осигурява защита за бъдещи повреди на хартията.
-Подобно на други бикарбонати, той се използва в химически дрожди и в ефервесцентни таблетки или прахообразни форми. В допълнение, калциевият бикарбонат се използва като хранителна добавка (водни разтвори на тази сол).
-Бикарбонатни разтвори са използвани за профилактика на остеопороза. В един случай обаче са наблюдавани странични ефекти като хиперкалцемия, метаболитна алкалоза и бъбречна недостатъчност.
-Колциевият бикарбонат понякога се прилага интравенозно за коригиране на депресивния ефект на хипокалиемия върху сърдечната функция.
-И накрая, той осигурява калций на организма, който е медиатор на свиването на мускулите, в същото време, че коригира ацидозата, която може да възникне в хипокалемично състояние.
Препратки
- Wikipedia. (2018). Калциев бикарбонат. Взета от: en.wikipedia.org
- Сира Дюбоа. (03 октомври 2017 г.). Какво е калциев бикарбонат? Възстановено от: livestrong.com
- Център за обучение на наука (2018). Карбонатна химия. Възстановено от: sciencelearn.org.nz
- PubChem. (2018). Калциев бикарбонат. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Ейми Е. Гербрахт и Ирен Брюкл. (1997). Използването на разтвори на калциев бикарбонат и магнезиев бикарбонат в малки консервационни работилници: резултати от проучването. Възстановено от: cool.conservation-us.org