KALCIJEV KARBONAT: STRUKTURA, LASTNOSTI, TVORBA, UPORABE - KEMIJA - 2026

Kalcijev karbonat je anorganska spojina, katerega kemijska formula CaCO ₃ . Najdemo ga predvsem v mineralih, kot sta kalcit in aragonit. Prav tako sestavlja apnenec, sedimentna kamnina, v kateri je mineralni kalcit.

Ta pomemben kovinski karbonat se industrijsko pridobiva s pridobivanjem in mletjem mineralov, ki ga vsebujejo; v ta namen se uporablja predvsem marmor. Drugi postopek je v uporabi kalcijevega oksida, ki se pretvori v kalcijev hidroksid, pri čemer iz njega izločimo kalcijev karbonat z dodajanjem ogljikovega dioksida. Na ta način dobimo kristale najrazličnejših velikosti.

Lupina polžev je sestavljena večinoma iz kalcijevega karbonata. Vir: Pixabay.

Klasove lupine, jajčne lupine in školjkine lupine, v katerih je prisoten, se lahko v majhnem obsegu uporabljajo tudi za industrijsko proizvodnjo CaCO ₃ .

Kalcijev karbonat, ki je prisoten v apnencu, se v vodi raztopi z ogljikovim dioksidom, pri čemer nastane kalcijev bikarbonat. To dejanje lahko povzroči kaverne in je razlog za alkalizacijo vode; dogodek velikega pomena za vzdrževanje življenja v njem.

Uporabljali so ga pri gradnji in izdelavi kipov; primeri tega so Partenon v Atenah, krakovska katedrala in skulptura Abrahama Lincolna v Washingtonu. Vendar pa je njegova občutljivost za kisle deževe zmanjšala njegovo uporabo v gradbeništvu.

Kalcijev karbonat je bil v industriji več uporaben kot polnilo iz plastike in papirja. V medicini se uporablja za nadzor želodčne kislosti; kot prehransko dopolnilo kalcija; za nadzor fosfatemije pri bolnikih s kronično ledvično odpovedjo itd.

Struktura

Kristalna struktura CaCO3, predstavljena s prostorskim modelom polnjenja. Vir: CCoil

Formula kalcijevega karbonata CaCO ₃ kaže, da je razmerje Ca ^{2+ in} CO ₃ ^2- ionov 1: 1; to pomeni, da za vsako Ca ²⁺ je nasprotna CO ₃ ^2- interakcijo elektrostatično z njo. Tako se ionska vez konča tako, da te ione razporedi tako, da tvorijo strukturne vzorce, ki definirajo kristal.

Zgornja slika prikazuje strukturo CaCO ₃ . Zelene krogle ustrezajo kationom Ca ²⁺ , rdeče in črne kroge pa anionom CO ₃ ^2- . Upoštevajte, da se zdi, da je struktura sestavljena iz več plasti: ena iz kalcija in druga iz karbonata; kar pomeni, da se kristalizira v kompaktno šestkotno strukturo.

Ta šestkotna faza (β-CaCO ₃ ) ustreza polimorfu. Obstajata še dva: ortorombična (λ-CaCO ₃ ) in še bolj gosta šesterokotna (μ-CaCO ₃ ). Spodnja slika pomaga k boljši vizualizaciji srečnega šesterokotnika:

Šestkotna struktura kalcita. Materialcientist na angleški Wikipediji

Vendar se ioni v svojih vibracijah glede na temperaturo (in v tej soli v manjši meri pritisk) prilagodijo drugim strukturam; to so že omenjeni polimorfi (β, λ in μ).

Ker zvenijo, niso zelo dobro znani, razen če jih v naslednjem oddelku omenimo s svojimi mineraloškimi imeni.

Proteinska trdnost

Kristali CaCO ₃ niso sami: lahko gostijo nečistoče, kot so drugi kovinski kationi, ki jih obarvajo; ali beljakovine, ki vsebujejo organsko matrico, ki na nek način prispeva k njeni naravni trdoti.

Beljakovine zmanjšujejo napetost, ki jo kristali doživljajo drug proti drugemu pod pritiskom ali udarcem. Kako? Ko se med steklenicami zasuti, deluje tako, kot da gre za "blazinico" (podobno kot komplet iz opeke-cementa in opeke).

Zato je ta spojina ali mineral biokompatibilen in ne preseneča, da je del nohtov, školjk, školjk ali kosti ježev. Bil je navdih za tiste, ki so posvečeni razvoju novih materialov.

Lastnosti

Druga imena

-Aragonit

-Kalcit

-Volterito

-Kalcijevo mleko

-Whiteboard

-Marmor

Molarna masa

100.086 g / mol.

Fizični opis

Beli prah brez vonja.

Okus

Kreda je brez okusa.

Tališča in vrelišča

Razpade, ker sprosti CO _2, preden se sploh stopi ali zavre.

Topnost

Praktično netopen v vodi in alkoholu. Eterično se raztopi v razredčeni ocetni in klorovodikovi kislini. Hidroksidi pa zmanjšujejo njegovo topnost. Medtem amonijeve soli in ogljikov dioksid povečajo topnost kalcijevega karbonata v vodi.

Gostota

2,7 do 2,95 g / cm ³ .

Razgradnja

Približno 825 ° C razpade na kalcijev oksid (apno) in ogljikov dioksid (CO ₂ ).

pH

8 do 9

Lomni količnik

-1.7216 pri 300 nm in 1.6584 pri 589 nm (kalcit).

-1,5145 pri 300 nm in 1,4864 pri 589 nm (aragonit).

Nezdružljivosti

S kislinami, alumom in amonijevimi solmi.

Entalpija fuzije

36 kJ / mol pri 800 ° C (kalcit).

Konstanta topnosti

3,36 · 10 ^-9 pri 25 ° C.

Trdota

-3,0 (kalcit)

-3,5 - 4,0 (aragonit) po Mohsovi lestvici.

Fazni prehodi

Aragonit se metastabilno in nepovratno spremeni v kalcit pri segrevanju na suhem zraku pri 400 ° C.

Reaktivnost

Kalcijev karbonat reagira s kislinami, sprošča ogljikov dioksid, ionski kalcij in vodo.

Kalcijev karbonat se kombinira z vodo, nasičeno z ogljikovim dioksidom, kar ustreza ogljikovi kislini (H ₂ CO ₃ ), da nastane kalcijev bikarbonat.

Usposabljanje

Kreda, marmor in apnenec, prva dva minerala in skalnati material, tretji, vsebujeta kalcijev karbonat in sta sedimentnega izvora, ki naj bi nastalo z usedanjem polžev v milijonih let.

PH je lahko najpomembnejši dejavnik pri tvorbi polimorfov pri temperaturi 24 ° C. Vaterit je glavni izdelek v območju pH med 8,5 in 10; aragonit je pri pH 11; in kalcit pri pH> 12.

Prav tako je znano, da številne sladkovodne alge tvorijo kalcitne kristale, če gojijo v okolju, nasičenem s kalcijem. Poleg tega lahko mikroalge povzročijo obarjanje kalcijevega karbonata.

Oblike kalcijevega karbonata

Spodnje slike prikazujejo tri glavne oblike ali polimorfe kalcijevega karbonata:

Kalcitni kristal. Vir: Starš Géry

Aragonitni kristal. Vir: Battistini Riccardo

Vateritni kristali. Vir: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Od vrha do dna so polimorfni kalcit, aragonit in vaterit. Na prvi pogled upoštevajte razliko med morfologijo njegovih kristalov (barva je značilna za njen izvor in značilnosti okolice).

Vaterit je bolj moten od kalcita, slednji postane celo popolnoma prozoren (islandska lopatica), zato se uporablja v nakitskih in optičnih aplikacijah. Medtem kristali aragonita spominjajo na majhne podolgovate monolite.

Če vzorce teh treh polimorfov opazujemo pod elektronskim mikroskopom, njihove kristale (s sivkastimi toni zaradi dejstva, da tehnika ne omogoča barvne ločljivosti), bi našli enake morfologije kot na makroskopskih lestvicah; torej s prostim očesom.

Med temi tremi polimorfi je najpogostejši in stabilen kalcit, sledi aragonit in nazadnje vaterit, najredkejše oblike CaCO ₃

Prijave

Industrijska

Kalcijev karbonat poveča odpornost proti torziji in oprijemu sintetičnega in naravnega kavčuka, ohranja njegovo prožnost. Uporablja se v gradbeništvu kot sestavina cementa in kot surovina apna. Njegova uporaba je zmanjšana, ker jo poškoduje kisli dež.

Kalcijev karbonat se uporablja pri čiščenju železa. V obliki apna odstranjuje žveplov dioksid, ki je prisoten v kovini. Uporablja se pri čiščenju sladkorja iz pese. Nekoč je bila uporabljena kot kredna plošča, vendar jo je za to uporabo nadomestil omet.

Kalcijev karbonat se pomeša s kiti, ki se uporabljajo pri vgradnji stekla. Zrno se uporablja kot polnilni material v mikroporoznem filmu, ki se uporablja v plenicah. Uporablja se tudi kot polnilni material v plastiki, kot je PVC. Poleg tega povečuje trdnost plastike.

Kalcijev karbonat se uporablja za povečanje prekrivnosti barv. Uporablja se kot polnilni material za papir, ker je cenejši od lesnih vlaken in lahko predstavlja več kot 10% papirja.

Zdravniki

Uporablja se kot antacid za boj proti želodčni hiperacidnosti in lajšanje prebavne motnje. Uporablja se kot prehransko dopolnilo kalcija ter pri zdravljenju in preprečevanju osteoporoze. Uporablja se pri zdravljenju hiperfosfatemije pri bolnikih s kronično ledvično odpovedjo.

Uporabljali so ga za zmanjšanje neželenih učinkov zaviralcev proteaz, ki se uporabljajo pri zdravljenju virusa HIV, pri bolnikih pa opažajo zmanjšanje driske.

Pri nosečnicah s hipertenzijo in preeklampsijo povzroči znižanje krvnega tlaka, saj bi oboje lahko povezano s povečanim povpraševanjem po kalciju zaradi prisotnosti ploda.

Drugi

Kalcijev karbonat se uporablja v kmetijstvu kot gnojilo in za boj proti kislosti v tleh. Uporablja se kot konzervans, zadržuje barvo in utrjuje hrano.

Poleg tega je sestavina zobne paste in služi kot abraziv v prahu v obliki čiščenja in pranja.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
2. Wikipedija. (2019). Kalcijev karbonat. Pridobljeno: en.wikipedia.org
3. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Kalcijev karbonat. Baza podatkov PubChem., CID = 10112. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Kai-Yin Chong, Chin-Hua Chia in Sarani Zakaria. (2014). Polimorfi kalcijev karbonat na temperaturno reakcijo. Zbornik konferenc AIP 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. Greg Watry. (1. november 2016). Odkrivanje, kako kristali kalcijevega karbonata pridobijo trdnost. Prednost Poslovno trženje. Pridobljeno: rdmag.com
6. Ameriški elementi. (2019). Kalcijev karbonat. Pridobljeno: americanelements.com
7. ElSevier. (2019). Kalcijev karbonat. ScienceDirect. Pridobljeno: sciencedirect.com
8. Kemijska knjiga. (2017). Kalcijev karbonat. Pridobljeno: chemicalbook.com