KALCIJA KARBONĀTS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, VEIDOŠANĀS, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Kalcija karbonāts ir neorganisks savienojums, kura ķīmiskā formula ir CaCO ₃ . Tas galvenokārt atrodams minerālos, piemēram, kalcītā un aragonītā. Tas veido arī kaļķakmeni - nogulumiežu, kurā atrodas minerāls kalcīts.

Šo svarīgo metālisko karbonātu iegūst rūpnieciski, ekstrahējot un samaļot minerālus, kas to satur; šim nolūkam galvenokārt tiek izmantots marmors. Vēl viens process ir saistīts ar kalcija oksīda izmantošanu, kas tiek pārveidots par kalcija hidroksīdu, no tā izgulsnējot kalcija karbonātu, pievienojot oglekļa dioksīdu. Tādā veidā tiek iegūti plaša izmēra kristāli.

Gliemežu apvalks sastāv galvenokārt no kalcija karbonāta. Avots: Pixabay.

Gliemeņu čaumalas, olu čaumalas un austeru čaumalas, kurās tās atrodas, nelielā apjomā var izmantot arī rūpnieciskai CaCO ₃ ražošanai .

Kaļķakmenī esošo kalcija karbonātu izšķīdina oglekļa dioksīds ūdenī, veidojot kalcija bikarbonātu. Šī darbība var izraisīt dobumus un ūdens sārmainību; notikums, kam ir liela nozīme dzīvības uzturēšanā tajā.

Tas izmantots skulptūru celtniecībā un izgatavošanā; to piemēri ir Partenons Atēnās, Krakovas katedrāle un Abrahama Linkolna skulptūra Vašingtonā. Tomēr tā jutība pret skābiem lietiem ir samazinājusi tā izmantošanu būvniecībā.

Kalcija karbonātu rūpniecībā vairākkārt izmanto kā plastmasas un papīra pildvielu. Medicīnā to izmantoja kuņģa skābuma kontrolei; kā uztura kalcija piedevu; kontrolēt fosfatemiju pacientiem ar hronisku nieru mazspēju utt.

Uzbūve

CaCO3 kristāla struktūra attēlota ar telpiskā pildījuma modeli. Avots: CCoil

Kalcija karbonāta formula CaCO ₃ norāda, ka Ca ^{2+ un} CO ₃ ² jonu attiecība ir 1: 1; tas ir, katram Ca ²⁺ ir ekvivalents CO ₃ ^{2, kas} ar to elektrostatiski mijiedarbojas. Tādējādi jonu saite nokārto šos jonus, veidojot struktūras modeļus, kas nosaka kristālu.

Augšējā attēlā parādīta CaCO ₃ struktūra . Zaļā sfēra atbilst Ca ²⁺ katjoniem , un sarkanā un melnā sfēra - CO ₃ ^2- anjoniem . Ņemiet vērā, ka struktūru, šķiet, veido vairāki slāņi: viens no kalcija, otrs no karbonāta; kas nozīmē, ka tas izkristalizējas kompaktā sešstūra struktūrā.

Šī sešstūra fāze (β-CaCO ₃ ) atbilst polimorfam. Ir vēl divi: ortorombisks (λ-CaCO ₃ ) un vēl blīvāks sešstūrains (μ-CaCO ₃ ). Zemāk redzamais attēls palīdz labāk iztēloties laimīgo sešstūri:

Kalcīta sešstūra struktūra. Materiālu zinātnieks angļu Vikipēdijā

Tomēr, atkarībā no temperatūras (un šim sālim mazākā mērā spiediena), to vibrāciju joni pielāgojas citām struktūrām; tie ir jau pieminētie polimorfi (β, λ un μ).

Izklausoties, viņi nav pārāk labi zināmi, ja vien kādā no viņu nākotnes sadaļām tie nav minēti ar viņu mineraloģiskajiem nosaukumiem.

Olbaltumvielu cietība

CaCO ₃ kristāli nav vieni: tie var saturēt piemaisījumus, piemēram, citus metāla katjonus, kas tos krāso; vai olbaltumvielas, iekļaujot organisku matricu, kas kaut kādā veidā veicina tās dabisko cietību.

Olbaltumvielas samazina spriedzi, ko kristāli izjūt viens pret otru zem spiediena vai trieciena. Kā? Sviestējot starp rūtīm, rīkojas tā, it kā tas būtu “spilventiņš” (līdzīgs ķieģeļu-cementa-ķieģeļu komplektam).

Tāpēc šis savienojums vai minerāls ir bioloģiski saderīgs, un nav pārsteidzoši, ka tas ir daļa no ežu nagiem, gliemežvākiem, čaumalām vai kauliem. Tas ir bijis iedvesmas avots tiem, kas nodarbojas ar jaunu materiālu izstrādi.

Īpašības

Citi vārdi

-Aragonīts

-Kalcīts

-Volterito

-Kalcija piens

-Baltā tāfele

-Marble

Molārā masa

100,086 g / mol.

Izskata apraksts

Balts pulveris bez smaržas.

Garša

Krītam līdzīgs, bez garšas.

Kušanas un viršanas punkti

Tas sadalās, jo izdala CO _2, pirms tas pat izkūst vai vārās.

Šķīdība

Praktiski nešķīst ūdenī un spirtā. Tas putojoši izšķīst atšķaidītā etiķskābē un sālsskābē. Tomēr hidroksīdi samazina tā šķīdību. Tikmēr amonija sāļi un oglekļa dioksīds palielina kalcija karbonāta šķīdību ūdenī.

Blīvums

2,7 līdz 2,95 g / cm ³ .

Sadalīšanās

Ap 825 ºC tas sadalās kalcija oksīdā (kaļķos) un oglekļa dioksīdā (CO ₂ ).

pH

8.-9

Refrakcijas indekss

-1,7216 pie 300 nm un 1,6584 pie 589 nm (kalcīts).

-1,5145 pie 300 nm un 1,4864 pie 589 nm (aragonīts).

Nesaderība

Ar skābēm, alum un amonija sāļiem.

Kodolsintēzes entalpija

36 kJ / mol 800 ° C temperatūrā (kalcīts).

Šķīdība Produkta konstante

3,36 · 10 ^-9 25 ° C temperatūrā.

Cietība

-3,0 (kalcīts)

-3,5 - 4,0 (aragonīts) pēc Mosa skalas.

Fāžu pārejas

Aragonīts ir metastabils un neatgriezeniski mainās uz kalcītu, karsējot sausā gaisā 400ºC temperatūrā.

Reaģētspēja

Kalcija karbonāts reaģē ar skābēm, atbrīvojot oglekļa dioksīdu, jonu kalciju un ūdeni.

Kalcija karbonāts apvienojas ar ūdeni, kas piesātināts ar oglekļa dioksīdu, kas ir ekvivalents ogļskābei (H ₂ CO ₃ ), veidojot kalcija bikarbonātu.

Apmācība

Krīts, marmors un kaļķakmens, pirmie divi minerāli, bet trešajā - akmeņains materiāls, satur kalcija karbonātu un ir nogulumiežu izcelsme. Tiek uzskatīts, ka tos veidojuši gliemežu sedimentācija miljonu gadu laikā.

PH varētu būt vissvarīgākais polimorfu veidošanās faktors 24ºC temperatūrā. Vaterīts ir galvenais produkts pH diapazonā no 8,5 līdz 10; aragonīta pH ir 11; un kalcīts pie pH> 12.

Ir arī zināms, ka daudzas saldūdens aļģes veido kalcīta kristālus, kad tās audzē vidē, kas piesātināta ar kalciju. Turklāt mikroaļģes var izraisīt kalcija karbonāta izgulsnēšanos.

Kalcija karbonāta formas

Zemāk redzamajos attēlos būs redzamas trīs galvenās kalcija karbonāta formas vai polimorfi:

Kalcīta kristāls. Avots: vecāks Džerijs

Aragonīta kristāls. Avots: Battistini Riccardo

Vaterīta kristāli. Avots: Robs Lavinskis, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

No augšas uz leju ir polimorfi kalcīts, aragonīts un vaterīts. No pirmā acu uzmetiena ņemiet vērā atšķirību starp tā kristālu morfoloģiju (krāsa ir raksturīga tās izcelsmei un apkārtnes īpašībām).

Vaterīts ir necaurspīdīgāks nekā kalcīts, pēdējais pat kļūst pilnīgi caurspīdīgs (īslandiešu sparis), tāpēc to izmanto juvelierizstrādājumos un optiskos nolūkos. Tikmēr aragonīta kristāli atgādina mazus iegarenus monolītus.

Ja zem šo elektronu mikroskopa tiek novēroti šo trīs polimorfu paraugi, to kristāli (ar pelēcīgiem toņiem sakarā ar to, ka tehnika nepieļauj krāsu izšķirtspēju), tiktu konstatētas tās pašas morfoloģijas kā makroskopiskos mērogos; tas ir, ar neapbruņotu aci.

Starp šiem trim polimorfiem visizplatītākais un stabilākais ir kalcīts, kam seko aragonīts un visbeidzot - vaterīts - visretāk sastopamās CaCO ₃ formas.

Lietojumprogrammas

Rūpnieciskā

Kalcija karbonāts palielina sintētiskā un dabiskā kaučuka izturību pret vērpi un vilkmi, saglabājot tā elastību. To izmanto būvniecībā kā cementa sastāvdaļu un kā kaļķu izejvielu. Tā lietošana ir samazināta, jo to sabojā skābs lietus.

Dzelzs attīrīšanā tiek izmantots kalcija karbonāts. Kaļķu veidā tas noņem metālā esošo sēra dioksīdu. To izmanto cukura attīrīšanai no bietēm. Kādreiz to izmantoja kā tāfeles krītu, bet šim lietojumam tas ir aizstāts ar apmetumu.

Kalcija karbonāts tiek sajaukts ar špakteli, kuru izmanto stikla uzstādīšanā. Zeme tiek izmantota kā pildviela mikroporainā plēvē, ko izmanto autiņos. To izmanto arī kā pildvielu plastmasā, piemēram, PVC. Turklāt tas palielina plastmasas izturību.

Kalcija karbonāts tiek izmantots, lai palielinātu krāsu pārklājuma spēju. To izmanto kā papīra pildījumu, jo tā ir lētāka nekā koka šķiedra un var būt vairāk nekā 10% no papīra.

Ārsti

To lieto kā antacīdu, lai apkarotu kuņģa pārāk paaugstinātu skābumu un mazinātu gremošanas traucējumus. To lieto kā uztura kalcija piedevu un osteoporozes ārstēšanā un profilaksē. To lieto hiperfosfatemijas ārstēšanai pacientiem ar hronisku nieru mazspēju.

To lieto, lai mazinātu HIV ārstēšanā izmantoto proteāžu inhibitoru nevēlamo iedarbību, pacientiem novērota caurejas samazināšanās.

Tas izraisa asinsspiediena pazemināšanos grūtniecēm ar hipertensiju un preeklampsiju, jo abas šīs pazīmes var būt saistītas ar paaugstinātu kalcija pieprasījumu augļa klātbūtnes dēļ.

Citi

Kalcija karbonātu lauksaimniecībā izmanto kā mēslojumu un augsnes skābuma novēršanai. To lieto kā konservantu, krāsas noturētāju un stiprinošu ēdienu.

Turklāt tā ir sastāvdaļa zobu pastā un kalpo kā abrazīvs līdzeklis pulvera veidā tīrīšanā un mazgāšanā.

Atsauces

1. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (Ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019. gads). Kalcija karbonāts. Atgūts no: en.wikipedia.org
3. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs. (2019. gads). Kalcija karbonāts. PubChem datu bāze., CID = 10112. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Kai-Yin Chong, Chin-Hua Chia un Sarani Zakaria. (2014). Polimorfs kalcija karbonāts temperatūras reakcijā. AIP konferences materiāli 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. Gregs Vētrijs. (2016. gada 1. novembris). Atklājiet, kā stiprina kalcija karbonāta kristālus. Uzņēmējdarbības priekšrocību mārketings. Atgūts no: rdmag.com
6. Amerikas elementi. (2019. gads). Kalcija karbonāts. Atgūts no: americanelements.com
7. ElSevier. (2019. gads). Kalcija karbonāts. ScienceDirect. Atgūts no: sciencedirect.com
8. Ķīmiskā grāmata. (2017). Kalcija karbonāts. Atgūts no: chemicalbook.com