КАЛЦИЕВ КАРБОНАТ: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ОБРАЗУВАНЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На калциев карбонат е неорганично съединение, чиято химична формула е СаСОз ₃. Той се съдържа главно в минерали като калцит и арагонит. Той също така съставлява варовик, утаена скала, в която присъства минералът калцит.

Този важен метален карбонат се получава индустриално чрез извличане и смилане на минералите, които го съдържат; мраморът се използва главно за тази цел. Друг процес се състои в използването на калциев оксид, който се превръща в калциев хидроксид, утаявайки калциев карбонат от него чрез добавяне на въглероден диоксид. По този начин се получават кристали с широка гама от размери.

Черупката на охлювите е съставена главно от калциев карбонат. Източник: Pixabay

Черупкови черупки, яйчни черупки и черупки от стриди, в които присъства, също могат да се използват за промишлено производство на CaCO ₃ в малък мащаб.

Калциевият карбонат във варовика се разтваря чрез въглероден диоксид във водата, като генерира калциев бикарбонат. Това действие може да причини каверни и е причина за алкализиране на водата; събитие от голямо значение за поддържането на живота в него.

Използва се при изграждането и изработването на скулптури; примери за това са Партенонът в Атина, катедралата в Краков и скулптурата на Ейбрахам Линкълн във Вашингтон. Въпреки това чувствителността му към киселинни дъждове намалява използването му в строителството.

Калциевият карбонат има многобройни приложения в промишлеността като материал за пълнене от пластмаса и хартия. В медицината се използва за контрол на стомашната киселинност; като хранителна добавка за калций; за контрол на фосфатемията при пациенти с хронична бъбречна недостатъчност и др.

структура

CaCO3 кристална структура, представена с пространствен модел на пълнене. Източник: CCoil

Формулата за калциев карбонат, СаСОз ₃, показва, че съотношението на Са ^{2+ да} CO ₃ ^2- йони е 1: 1; тоест, за всеки Ca ²⁺ има контрагент CO ₃ ^2- взаимодействащ електростатично с него. По този начин йонната връзка завършва подреждането на тези йони за образуване на структурни модели, които определят кристал.

Горното изображение показва структурата на CaCO ₃. Зелените сфери съответстват на катионите Са ²⁺, а червените и черните сфери на CO ₃ ^2- анионите. Обърнете внимание, че структурата изглежда съставена от множество слоеве: единият от калций, а другият от карбонат; което означава, че кристализира в компактна шестоъгълна структура.

Тази шестоъгълна фаза (β-СаСО ₃) съответства на полиморфа. Има още два: орторомбичен (λ-CaCO ₃) и още по-плътен шестоъгълен (μ-CaCO ₃). Изображението по-долу помага за по-доброто визуализиране на щастливия шестоъгълник:

Шестоъгълна структура на калцит. Материалист в английската Уикипедия

Въпреки това, в зависимост от температурата (и за тази сол в по-малка степен налягането), йоните в техните вибрации се приспособяват към други структури; това са вече споменатите полиморфи (β, λ и μ).

Тъй като звучат, те не са много известни, освен ако не бъдат споменати с минералогичните им имена в бъдещ раздел.

Протеинова твърдост

Кристалите CaCO ₃ не са сами: те могат да приемат примеси като други метални катиони, които ги оцветяват; или протеини, включващи органична матрица, която по някакъв начин допринася за естествената й твърдост.

Протеините намаляват напрежението, което кристалите изпитват един срещу друг под натиск или удар. Как? Когато се запържва между стъклата, действайки така, сякаш е "подложка" (подобно на комплекта тухла-цимент-тухла).

Ето защо това съединение или минерал е биосъвместимо и не е изненадващо, че е част от ноктите, раковините, черупките или костите на таралежи. Той е бил източник на вдъхновение за тези, които са посветени на разработването на нови материали.

Имоти

Други имена

-Aragonite

-Калцит

-Volterito

-Калциево мляко

-Бяла дъска

-Marble

Моларна маса

100.086 g / mol.

Физическо описание

Бял прах без мирис.

вкус

Креда, безвкусна.

Точки на топене и кипене

Разлага се, защото освобождава CO _2, преди той дори да се разтопи или заври.

разтворимост

Практически неразтворим във вода и алкохол. Разтваря се ефервесцентно в разредена оцетна и солна киселина. Хидроксидите обаче намаляват разтворимостта му. Междувременно амониевите соли и въглеродният диоксид увеличават разтворимостта на калциев карбонат във вода.

плътност

2,7 до 2,95 g / cm ³.

разлагане

Около 825 ° C се разлага на калциев оксид (вар) и въглероден диоксид (CO ₂).

рН

8 до 9

Рефракционен индекс

-1.7216 при 300 nm и 1.6584 при 589 nm (калцит).

-1.5145 при 300 nm и 1.4864 при 589 nm (арагонит).

Несъвместимости

С киселини, стипца и амониеви соли.

Енталпия на сливането

36 kJ / mol при 800 ° С (калцит).

Констант на разтворимост

3,36 · 10 ^-9 при 25 ° C.

твърдост

-3.0 (калцит)

-3.5 - 4.0 (арагонит) по скалата на Mohs.

Фазови преходи

Арагонитът е метастабилен и необратимо се променя на калцит при нагряване на сух въздух при 400ºC.

реактивност

Калциевият карбонат реагира с киселини, отделяйки въглероден диоксид, йонен калций и вода.

Калциевият карбонат се комбинира с вода, наситена с въглероден диоксид, еквивалентна на въглеродна киселина (H ₂ CO ₃), за да образува калциев бикарбонат.

обучение

Крейда, мрамор и варовик, първите два минерала и скалистият материал, третият, съдържат калциев карбонат и имат седиментен произход, Смята се, че са се образували при утаяване на охлюви в продължение на милиони години.

PH може да бъде най-важният фактор за образуването на полиморфи при температура 24 ° С. Ватеритът е основният продукт в диапазон на pH между 8,5 и 10; арагонитът е при рН 11; и калцит при рН> 12.

Също така е известно, че много сладководни водорасли изграждат кристали на калцит, когато се отглеждат в наситена с калций среда. Освен това микроводораслите са в състояние да причинят утаяването на калциев карбонат.

Форми на калциев карбонат

Изображенията по-долу ще покажат трите основни форми или полиморфи за калциев карбонат:

Калцитен кристал. Източник: Родител Гери

Кристал от арагонит. Източник: Battistini Riccardo

Ватеритни кристали. Източник: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

От горе до долу са полиморфните калцит, арагонит и ватерит. Отбележете на пръв поглед разликата между морфологията на неговите кристали (цветът е типичен за произхода и характеристиките на заобикалящата го среда).

Ватеритът е по-непрозрачен от калцита, като последният дори става напълно прозрачен (исландски шпагат) и затова се използва в бижута и оптични приложения. Междувременно кристалите на арагонит наподобяват малки удължени монолити.

Ако пробите от тези три полиморфа се наблюдават под електронния микроскоп, техните кристали (със сивкави тонове поради факта, че техниката не позволява цветова разделителна способност), биха се открили същите морфологии, както в макроскопските скали; тоест с просто око.

Сред тези три полиморфа калцитът е най-изобилният и стабилен, следван от арагонит и последно ватерит, най-редките от формите на CaCO ₃

Приложения

индустриален

Калциевият карбонат увеличава устойчивостта на усукване и сцепление на синтетичен и естествен каучук, поддържайки неговата гъвкавост. Използва се в строителната индустрия като съставка в цимента и като суровина за вар. Употребата му е намалена, защото е повредена от киселинен дъжд.

Калциевият карбонат се използва при пречистването на желязо. Под формата на вар той премахва присъстващия в метала серен диоксид. Използва се при пречистване на захар от цвекло. Някога той е бил използван като креда за дъска, но е заменен с мазилка за това приложение.

Калциевият карбонат се смесва с шпакловката, която се използва при монтажа на стъкло. Земята се използва като запълващ материал в микропорестия филм, използван в памперсите. Използва се и като пълнителен материал в пластмаси като PVC. В допълнение, той увеличава здравината на пластмасата.

Калциевият карбонат се използва за увеличаване на покриващата способност на боите. Използва се като пълнежен материал за хартия, тъй като е по-евтин от дървесните влакна и може да представлява повече от 10% от хартията.

Лекари

Използва се като антиацидно средство за борба със стомашната хиперацидност и облекчаване на храносмилането. Използва се като хранителна добавка с калций и при лечение и профилактика на остеопороза. Използва се при лечение на хиперфосфатемия при пациенти с хронична бъбречна недостатъчност.

Използва се за намаляване на нежеланите ефекти на протеазните инхибитори, използвани при лечението на ХИВ, като при пациенти се наблюдава намаляване на диарията.

Той предизвиква понижение на кръвното налягане при бременни жени с хипертония и прееклампсия, тъй като и двете могат да бъдат свързани с повишено търсене на калций поради наличието на плода.

Други

Калциевият карбонат се използва в селското стопанство като тор и за борба с киселинността в почвата. Използва се като консервант, задържащ цвят и стягане на храната.

В допълнение, тя е съставка в пастата за зъби и служи като абразив под формата на прах при почистване и измиване.

Препратки

1. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Калциев карбонат. Възстановено от: en.wikipedia.org
3. Национален център за информация за биотехнологиите. (2019). Калциев карбонат. PubChem база данни., CID = 10112. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Кай-Ин Чонг, Чин-Хуа Чиа и Сарани Закария. (2014). Полиморфи калциев карбонат при температурна реакция. Материали за конференцията на AIP 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. Грег Уотри. (1 ноември 2016 г.). Откриване как кристалите от калциев карбонат придобиват сила. Предимство Бизнес маркетинг. Възстановено от: rdmag.com
6. Американски елементи. (2019). Калциев карбонат. Възстановени от: americanelements.com
7. Elsevier. (2019). Калциев карбонат. ScienceDirect. Възстановено от: sciencedirect.com
8. Химическа книга. (2017). Калциев карбонат. Възстановено от: chemicalbook.com