- Struktura
- Vodne raztopine
- Hipotetična trdna snov
- Obstojnost: NaHCO
- Ca (HCO)
- Fizikalne in kemijske lastnosti
- Kemijska formula
- Molekularna teža
- Fizično stanje
- Topnost v vodi
- Tališča in vrelišča
- Požarna točka
- Tveganja
- Prijave
- Reference
Kalcijev bikarbonat je anorganska sol s kemijsko formulo Ca (HCO 3 ) 2 . V naravi izvira iz kalcijevega karbonata v apnenčastih kamnih in mineralih, kot je kalcit.
Kalcijev bikarbonat je bolj topen v vodi kot kalcijev karbonat. Ta značilnost je omogočila oblikovanje kraških sistemov v apnenčastih kamninah in strukturiranje jam.
Vir: Pixabay
Podzemna voda, ki prehaja skozi razpoke, postane zasičena zaradi izpodrivanja ogljikovega dioksida (CO 2 ). Te vode erodirajo apnenčaste kamnine, ki sproščajo kalcijev karbonat (CaCO 3 ), ki tvori kalcijev bikarbonat v skladu z naslednjo reakcijo:
CaCO 3 (i) + CO 2 (g) + H 2 O (l) => Ca (HCO 3 ) 2 (aq)
Ta reakcija se pojavi v jamah, kjer izvirajo zelo trde vode. Kalcijev bikarbonat ni v trdnem stanju, ampak v vodni raztopini, skupaj s Ca 2+ , bikarbonatom (HCO 3 - ) in karbonatnim ionom (CO 3 2- ).
Kasneje se z zmanjšanjem nasičenosti ogljikovega dioksida v vodi pojavi obratna reakcija, to je pretvorba kalcijevega bikarbonata v kalcijev karbonat:
Ca (HCO 3 ) 2 (aq) => CO 2 (g) + H 2 O (l) + CaCO 3 (s)
Kalcijev karbonat je v vodi slabo topen, zaradi česar se obarjanje pojavlja kot trdna snov. Zgornja reakcija je zelo pomembna pri tvorbi stalaktitov, stalagmitov in drugih speleotemov v jamah.
Te skalne strukture so oblikovane iz kapljic vode, ki padajo s stropa jam (zgornja slika). CaCO 3, prisoten v vodnih kapljicah, kristalizira, da tvori omenjene strukture.
Dejstvo, da kalcijevega bikarbonata ni v trdnem stanju, je otežilo njegovo uporabo, saj je bilo najdenih le malo primerov. Prav tako je težko najti informacije o njegovih toksičnih učinkih. Obstaja poročilo o naboru stranskih učinkov, ki se uporabljajo zaradi zdravljenja za preprečevanje osteoporoze.
Struktura
Vir: Avtor Epop, Wikimedia Commons
Na zgornji sliki sta prikazana dva aniona HCO 3 - in ca 2+, ki elektrostatično delujeta . Glede na sliko naj bi bil Ca 2+ nameščen na sredini, saj se tako HCO 3 - zaradi negativnih nabojev med seboj ne bi odbijali.
Negativni naboj na HCO 3 - je delokaliziran med dvema atomoma kisika, in sicer z resonanco med karbonilno skupino C = O in vezjo C - O - ; medtem ko je v CO 3 2– , je delokaliziran med tremi atomi kisika, saj je vez C - OH deprotonana in lahko zaradi resonance dobi negativni naboj.
Geometrije teh ionov lahko štejemo za krogle kalcija, obdane z ravnimi trikotniki karbonatov s hidrogeniranim koncem. V razmerju med velikostjo je kalcij bistveno manjši od HCO 3 - ionov .
Vodne raztopine
Ca (HCO 3 ) 2 ne more tvoriti kristalnih trdnih snovi in dejansko je sestavljen iz vodnih raztopin te soli. V njih ioni niso sami, kot na sliki, ampak so obdani z molekulami H 2 O.
Kako medsebojno vplivajo? Vsak ion je obkrožen s hidracijsko kroglo, ki bo odvisna od kovine, polarnosti in strukture raztopljenih vrst.
Ca 2+ koordinira z atomi kisika v vodi, da tvori vodni kompleks, Ca (OH 2 ) n 2+ , kjer n na splošno velja za šest; to je "vodni oktaedar" okoli kalcija.
Medtem ko HCO 3 - anioni delujejo bodisi z vodikovimi vezmi (O 2 CO - H-OH 2 ) bodisi z vodikovimi atomi vode v smeri negativnega naboja, se delokalizira (HOCO 2 - H - OH, dipolna interakcija - ion).
Ti medsebojni vplivi med Ca 2+ , HCO 3 - in vodo so tako učinkoviti, da kalcijev bikarbonat zelo topen v tem topilu; za razliko od CaCO 3 , pri katerem so elektrostatične privlačnosti med Ca 2+ in CO 3 2– zelo močne, ki se oborijo iz vodne raztopine.
Poleg vode obstajajo molekule CO 2 , ki počasi reagirajo, da oskrbujejo več HCO 3 - (odvisno od pH vrednosti).
Hipotetična trdna snov
Do zdaj velikost in naboji ionov v Ca (HCO 3 ) 2 niti prisotnost vode pojasnjujejo, zakaj trdna spojina ne obstaja; to je čistih kristalov, ki jih je mogoče označiti z rentgensko kristalografijo. Ca (HCO 3 ) 2 ni nič drugega kot ioni, prisotni v vodi, iz katere kavernozne tvorbe še naprej rastejo.
Če bi Ca 2+ in HCO 3 - lahko izolirali iz vode, pri čemer bi se izognili naslednji kemični reakciji:
Ca (HCO 3 ) 2 (aq) → CaCO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O (l)
Nato jih je mogoče združiti v belo kristalno trdno s stehiometričnimi razmerji 2: 1 (2HCO 3 / 1Ca). Študij o njegovi strukturi ni, vendar bi ga lahko primerjali s strukturo NaHCO 3 (ker magnezijev bikarbonat, Mg (HCO 3 ) 2 , ne obstaja tudi kot trdna snov) ali s CaCO 3 .
Obstojnost: NaHCO
NaHCO 3 kristalizira v monokliničnem sistemu, CaCO 3 pa v trigonalnem (kalcitnem) in ortorhombičnem (aragonitnem) sistemu. Če bi Na + zamenjali Ca2 + , bi se kristalna rešetka destabilizirala z večjo razliko v velikostih; Z drugimi besedami, Na +, ker je manjši, tvori bolj stabilen kristal s HCO 3 - v primerjavi s Ca 2+ .
Pravzaprav Ca (HCO 3 ) 2 (aq) potrebuje vodo, da izhlapi, tako da se njeni ioni lahko združijo v kristal; vendar njegova kristalna rešetka ni dovolj močna, da bi to storila pri sobni temperaturi. S segrevanjem vode pride do razgradnje (zgoraj enačba).
Z raztopino iona Na + bi tvoril kristal s HCO 3 - pred njegovo termično razgradnjo.
Razlog, zakaj Ca (HCO 3 ) 2 ne kristalizira (teoretično), je posledica razlike v ionskih polmerih ali velikosti njegovih ionov, ki pred razpadom ne morejo tvoriti stabilnega kristala.
Ca (HCO)
Če bi na drugi strani kristalnim strukturam CaCO 3 dodali H + , bi se njihove fizikalne lastnosti drastično spremenile. Morda se njihova tališča znatno znižajo, celo morfologije kristalov se na koncu spremenijo.
Bi bilo vredno poskusiti sintezo trdnega Ca (HCO 3 ) 2 ? Težave bi lahko presegle pričakovanja in sol z nizko strukturno stabilnostjo morda ne bo prinesla pomembnih dodatnih koristi pri nobeni uporabi, kjer so že uporabljene druge soli.
Fizikalne in kemijske lastnosti
Kemijska formula
Ca (HCO 3 ) 2
Molekularna teža
162,11 g / mol
Fizično stanje
V trdnem stanju se ne pojavi. Najdemo ga v vodni raztopini in poskusi pretvorbe v trdno snov z izhlapevanjem vode niso bili uspešni, saj se pretvori v kalcijev karbonat.
Topnost v vodi
16,1 g / 100 ml pri 0 ° C; 16,6 g / 100 ml pri 20 ° C in 18,4 g / 100 ml pri 100 ° C. Te vrednosti kažejo visoko afiniteto vodnih molekul za ione Ca (HCO 3 ) 2 , kot je razloženo v prejšnjem razdelku. Medtem se v litru vode raztopi le 15 mg CaCO 3 , kar odraža njegove močne elektrostatične interakcije.
Ker Ca (HCO 3 ) 2 ne more tvoriti trdne snovi, njegove topnosti ni mogoče določiti eksperimentalno. Toda glede na pogoje, ki jih ustvarja CO 2, raztopljen v vodi, ki obdaja apnenec, je mogoče izračunati maso kalcija, raztopljenega pri temperaturi T; masa, ki bi bila enaka koncentraciji Ca (HCO 3 ) 2 .
Pri različnih temperaturah se raztopljena masa poveča, kar kažejo vrednosti pri 0, 20 in 100 ° C. Potem se v skladu s temi poskusi določi, koliko Ca (HCO 3 ) 2 se raztopi v bližini CaCO 3 v vodnem mediju, uplinjenem s CO 2 . Ko plinasti CO 2 pobegne , se bo oboril CaCO 3 , ne pa tudi Ca (HCO 3 ) 2 .
Tališča in vrelišča
Kristalna rešetka Ca (HCO 3 ) 2 je veliko šibkejša kot CaCO 3 . Če ga lahko dobimo v trdnem stanju in temperaturo, pri kateri se topi, merimo v fuziometru, bi bila vrednost zagotovo dobljena precej pod 899 ° C. Podobno bi bilo pričakovati enako pri določanju vrelišča.
Požarna točka
Ni gorljiv.
Tveganja
Ker ta spojina ne obstaja v trdni obliki, je malo verjetno, da predstavlja ravnanje z vodnimi raztopinami, saj tako ioni Ca 2+ kot HCO 3 - pri majhnih koncentracijah niso škodljivi; zato bi lahko večje tveganje zaužijelo te raztopine le zaradi nevarnega odmerka zaužitega kalcija.
Če bi spojina tvorila trdno snov, čeprav se lahko fizično razlikuje od CaCO 3 , njeni strupeni učinki morda ne bodo presegli preprostega nelagodja in sušenja po fizičnem stiku ali pri vdihavanju.
Prijave
-Otopine kalcijevega bikarbonata se že dolgo uporabljajo za pranje starih papirjev, zlasti umetniških del ali zgodovinsko pomembnih dokumentov.
-Uporaba raztopine bikarbonata je koristna, ne samo zato, ker nevtralizira kisline v papirju, ampak zagotavlja tudi alkalno rezervo kalcijevega karbonata. Slednja spojina zagotavlja zaščito papirja v prihodnosti.
-Kot druge sode bikarbone se uporablja v kemičnih kvasovkah in v šumečih oblikah tablet ali prahu. Poleg tega se kalcijev bikarbonat uporablja kot dodatek hrani (vodne raztopine te soli).
-Bikarbonatne raztopine so bile uporabljene pri preprečevanju osteoporoze. Vendar pa so v enem primeru opazili neželene učinke, kot so hiperkalcemija, presnovna alkaloza in odpoved ledvic.
-Kalcijev bikarbonat se občasno daje intravensko, da se popravi depresivni učinek hipokalemije na delovanje srca.
-Na koncu pa telesu daje kalcij, ki je mediator krčenja mišic, hkrati pa odpravlja acidozo, ki se lahko pojavi v hipokalemičnem stanju.
Reference
- Wikipedija. (2018). Kalcijev bikarbonat. Izvedeno iz: en.wikipedia.org
- Sirah Dubois. (03.10.2017). Kaj je kalcijev bikarbonat? Pridobljeno: livestrong.com
- Science Learning Hub. (2018). Karbonatna kemija. Pridobljeno: sciencelearn.org.nz
- PubChem. (2018). Soda bikarbona. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Amy E. Gerbracht in Irene Brückle. (1997). Uporaba raztopin kalcijevega bikarbonata in magnezijevega bikarbonata v manjših ohranitvenih delavnicah: rezultati ankete. Pridobljeno: cool.conservation-us.org