CARBONATUL DE CALCIU: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, FORMARE, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Carbonatul de calciu este un compus anorganic a cărui formulă chimică este CaCO ₃ . Se găsește în principal în minerale precum calcita și aragonita. De asemenea, alcătuiește calcar, o rocă sedimentară în care este prezentă calcita minerală.

Acest important carbonat metalic este obținut industrial prin extragerea și măcinarea mineralelor care îl conțin; marmura este utilizată în principal în acest scop. Un alt proces constă în utilizarea oxidului de calciu, care este transformat în hidroxid de calciu, precipitând carbonatul de calciu din acesta prin adăugarea de dioxid de carbon. În acest fel se obțin cristale cu o gamă largă de dimensiuni.

Coaja de melci este compusă în principal din carbonat de calciu. Sursa: Pixabay.

Cojile de scoici, cojile de ou și coajele de stridii în care este prezent pot fi, de asemenea, utilizate pentru producția industrială de CaCO ₃ la scară mică.

Carbonatul de calciu prezent în calcar este dizolvat de dioxid de carbon în apă, generând bicarbonat de calciu. Această acțiune poate provoca caverne și este o cauză de alcalinizare a apei; eveniment de mare importanță în menținerea vieții în el.

A fost utilizat în construcția și elaborarea sculpturilor; exemple sunt Partenonul din Atena, Catedrala din Cracovia și sculptura lui Abraham Lincoln din Washington. Cu toate acestea, sensibilitatea sa la ploi acide și-a diminuat utilizarea în construcții.

Carbonatul de calciu a avut multiple aplicații în industrie ca material de umplutură din plastic și hârtie. În medicină a fost folosit pentru a controla aciditatea gastrică; ca supliment dietetic de calciu; pentru a controla fosfatemia la pacienții cu insuficiență renală cronică etc.

Structura

Structura de cristal CaCO3 reprezentată cu un model de umplere spațială. Sursa: CCoil

Formula pentru carbonatul de calciu, CaCO ₃ , indică faptul că raportul dintre Ca ^{2+ și} CO ₃ ^2- ioni este 1: 1; adică pentru fiecare Ca ²⁺ există o CO ₂ ^2- omologă care interacționează electrostatic cu acesta. Astfel, legătura ionică sfârșește aranjând acești ioni pentru a forma modele structurale care definesc un cristal.

Imaginea superioară arată structura CaCO ₃ . Sferele verzi corespund cationilor Ca ²⁺ , iar sferele roșii și negre la anionii CO ₃ ^2- . Rețineți că structura pare formată din mai multe straturi: unul de calciu și celălalt de carbonat; ceea ce înseamnă că se cristalizează într-o structură hexagonală compactă.

Această fază hexagonală (β-CaCO ₃ ) corespunde unui polimorf. Există alți doi: ortorombici (λ-CaCO ₃ ) și un hexagonal și mai dens (μ-CaCO ₃ ). Imaginea de mai jos vă ajută să vizualizați mai bine hexagonul fericit:

Structura hexagonală a calcitei. Materialist la Wikipedia Wikipedia

Cu toate acestea, în funcție de temperatură (și pentru această sare într-o măsură mai mică de presiune) ionii din vibrațiile lor se adaptează la alte structuri; acestea sunt polimorfele menționate deja (β, λ și μ).

După cum sună, nu sunt foarte cunoscuți, cu excepția cazului în care sunt menționate cu numele lor mineralogice într-o secțiune viitoare.

Duritatea proteinelor

Cristalele de CaCO ₃ nu sunt singure: pot găzdui impurități precum alte cationi metalice care le colorează; sau proteine, încorporând o matrice organică care într-un fel contribuie la duritatea sa naturală.

Proteinele reduc tensiunea pe care o simt cristalele una sub alta sub presiune sau impact. Cum? Când se întrerupe între geamuri, acționând ca și cum ar fi fost un „pad” (similar cu setul de cărămidă-ciment-cărămidă).

De aceea, acest compus sau mineral este biocompatibil și nu este surprinzător faptul că face parte din unghii, cochilii, scoici sau oase de arici. A fost o sursă de inspirație pentru cei care se dedică dezvoltării de materiale noi.

Proprietăți

Alte nume

-Aragonite

-Calcite

-Volterito

-Laptele de calciu

-Whiteboard

-Marmură

Masă molară

100,086 g / mol.

Descriere Fizica

Pulbere albă inodoră.

Gust

Creta asemanatoare, fara gust.

Puncte de topire și fierbere

Se descompune deoarece eliberează CO ₂ înainte de a se topi sau fierbe.

Solubilitate

Practic insolubil în apă și alcool. Se dizolvă efervescent în acizi acetic și clorhidric diluat. Cu toate acestea, hidroxizii își reduc solubilitatea. Între timp, sărurile de amoniu și dioxidul de carbon cresc solubilitatea carbonatului de calciu în apă.

Densitate

2.7-2.95 g / cm ³ .

Descompunere

În jur de 825 ºC se descompune în oxid de calciu (var) și dioxid de carbon (CO ₂ ).

pH

8 până la 9

Indicele de refracție

-1.7216 la 300 nm și 1.6584 la 589 nm (calcită).

-1.5145 la 300 nm și 1.4864 la 589 nm (aragonit).

Incompatibilități

Cu acizi, alumine și săruri de amoniu.

Entalpia fuziunii

36 kJ / mol la 800 ° C (calcită).

Constanța produsului de solubilitate

3,36 · 10 ^-9 la 25 ° C.

Duritate

-3,0 (calcită)

-3.5 - 4.0 (aragonit) pe scara Mohs.

Tranziții de fază

Aragonitul este metastabil și se schimbă ireversibil la calcită atunci când este încălzit în aer uscat la 400ºC.

reactivitatea

Carbonatul de calciu reacționează cu acizii, eliberând dioxid de carbon, calciu ionic și apă.

Carbonatul de calciu se combină cu apa saturată cu dioxid de carbon, echivalent cu acidul carbonic (H ₂ CO ₃ ), pentru a forma bicarbonat de calciu.

Instruire

Creta, marmura și calcarul, primele două minerale și un material stâncos al treilea, conțin carbonat de calciu și sunt de origine sedimentară, se crede că au fost formate prin sedimentarea melcilor de-a lungul a milioane de ani.

PH-ul ar putea fi cel mai important factor în formarea polimorfilor la o temperatură de 24 ° C. Vateritul este produsul principal într-un interval de pH cuprins între 8,5 și 10; aragonita este la pH 11; și calcită la pH> 12.

De asemenea, multe alge de apă dulce sunt cunoscute pentru a construi cristale de calcită atunci când sunt cultivate într-un mediu saturat de calciu. Mai mult, microalge sunt capabile să provoace precipitarea carbonatului de calciu.

Forme de carbonat de calciu

Imaginile de mai jos vor arăta cele trei forme principale sau polimorfe pentru carbonatul de calciu:

Cristal de calcit. Sursa: Părintele Géry

Cristal aragonit. Sursa: Battistini Riccardo

Cristale de Vaterită. Sursa: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

De sus în jos sunt polimorfele calcită, aragonită și vaterită. Notează la prima vedere diferența dintre morfologia cristalelor sale (culoarea este tipică originilor și caracteristicilor împrejurimilor sale).

Vateritul este mai opac decât calcitul, acesta din urmă devenind chiar complet transparent (spar islandez) și, prin urmare, a fost folosit în bijuterii și aplicații optice. Între timp, cristalele de aragonită seamănă cu mici monolituri alungite.

Dacă probele acestor trei polimorfi sunt observate sub microscopul electronic, cristalele lor (cu tonuri cenușii datorită faptului că tehnica nu permite rezolvarea culorii), se vor găsi aceleași morfologii ca și în scările macroscopice; adică cu ochiul liber.

Dintre aceste trei polimorfe, calcita este cea mai abundentă și stabilă, urmată de aragonită și, în sfârșit, de vaterită, cea mai rară dintre formele de CaCO ₃

Aplicații

Industrial

Carbonatul de calciu crește rezistența la torsiune și tracțiunea cauciucului sintetic și natural, menținând flexibilitatea acestuia. Este utilizat în industria construcțiilor ca ingredient în ciment și ca materie primă pentru var. Utilizarea sa a scăzut, deoarece este afectată de ploile acide.

Carbonatul de calciu este utilizat la purificarea fierului. În formă de var, elimină dioxidul de sulf prezent în metal. Este utilizat la purificarea zahărului din sfeclă. A fost folosit cândva ca cretă de tablă, dar a fost înlocuită cu tencuială pentru această aplicație.

Carbonatul de calciu este amestecat cu chit care se folosește la instalarea sticlei. Pământul este folosit ca material de umplere în pelicula microporoasă folosită în scutece. De asemenea, este utilizat ca material de umplutură în materiale plastice precum PVC. În plus, crește rezistența plasticului.

Carbonatul de calciu este utilizat pentru a crește capacitatea de acoperire a vopselelor. Este folosit ca material de umplere pentru hârtie, deoarece este mai ieftin decât fibra de lemn și poate reprezenta mai mult de 10% din hârtie.

Medicii

Este utilizat ca antiacid pentru combaterea hiperacidității gastrice și pentru ameliorarea indigestiei. Este utilizat ca supliment alimentar de calciu și în tratamentul și prevenirea osteoporozei. Este utilizat în tratamentul hiperfosfatemiei la pacienții cu insuficiență renală cronică.

Acesta a fost utilizat pentru a reduce efectele nedorite ale inhibitorilor de protează utilizate în tratamentul HIV, fiind observată o reducere a diareei la pacienți.

Produce o scădere a tensiunii arteriale la femeile însărcinate cu hipertensiune arterială și preeclampsie, deoarece ambele ar putea fi asociate cu o cerere crescută de calciu din cauza prezenței fetale.

Alții

Carbonatul de calciu este utilizat în agricultură ca îngrășământ și pentru combaterea acidității din sol. Se folosește ca conservant, reține culoarea și încurajează alimentele.

În plus, este un ingredient în pasta de dinți și servește ca abraziv sub formă de pulbere la curățare și spălare.

Referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică. (A patra editie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Carbonat de calciu. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Centrul Național de Informații Biotehnologice. (2019). Carbonat de calciu. Baza de date PubChem., CID = 10112. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Kai-Yin Chong, Chin-Hua Chia și Sarani Zakaria. (2014). Carbonat de calciu polimorf în reacția de temperatură. Procesul conferinței AIP 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. Greg Watry. (1 noiembrie 2016). Descoperirea modului în care cristalele de carbonat de calciu capătă rezistență. Avantaj marketing comercial. Recuperat de la: rdmag.com
6. Elemente americane (2019). Carbonat de calciu. Recuperat de la: americanelements.com
7. Elsevier. (2019). Carbonat de calciu. ScienceDirect. Recuperat de la: sciencedirect.com
8. Carte chimică. (2017). Carbonat de calciu. Recuperat din: chemicalbook.com