KALSIUMKARBONAATTI: RAKENNE, OMINAISUUDET, MUODOSTUMINEN, KÄYTÖT - KEMIA - 2024

Kalsiumkarbonaatti on epäorgaaninen yhdiste, jonka kemiallinen kaava on CaCO ₃. Sitä esiintyy pääasiassa mineraaleissa, kuten kalsiitissa ja aragoniitissa. Se muodostaa myös kalkkikiven, sedimenttikallion, jossa mineraalikalsiittia on läsnä.

Tämä tärkeä metallikarbonaatti saadaan teollisesti uuttamalla ja jauhamalla sitä sisältävät mineraalit; marmoria käytetään pääasiassa tähän tarkoitukseen. Toinen prosessi on kalsiumoksidin käyttö, joka muuttuu kalsiumhydroksidiksi saostamalla siitä kalsiumkarbonaattia lisäämällä hiilidioksidia. Tällä tavalla saadaan kiteitä, joiden koko on suuri.

Etanankuori koostuu pääasiassa kalsiumkarbonaatista. Lähde: Pixabay.

Simpukankuoria, munakuoria ja osterikuoria, joissa sitä on, voidaan käyttää myös pienessä mittakaavassa CaCO ₃: n teolliseen tuotantoon.

Kalkkikivessä oleva kalsiumkarbonaatti liukenee hiilidioksidilla veteen, jolloin muodostuu kalsiumbikarbonaattia. Tämä toiminta voi aiheuttaa luolia ja aiheuttaa veden alkaloitumisen; tapahtuma, jolla on suuri merkitys elämän ylläpitämisessä siinä.

Sitä on käytetty veistosten rakentamisessa ja valmistelussa; esimerkkejä tästä ovat Ateenan Parthenon, Krakovan katedraali ja Abraham Lincolnin veistos Washingtonissa. Sen herkkyys hapansateelle on kuitenkin vähentänyt sen käyttöä rakentamisessa.

Kalsiumkarbonaatilla on ollut useita sovelluksia teollisuudessa muovin ja paperin täyteaineena. Lääketieteessä sitä on käytetty mahan happamuuden hallintaan; ruokavalion kalsiumlisäaineena; fosfatemian hallintaan potilailla, joilla on krooninen munuaisten vajaatoiminta jne.

Rakenne

CaCO3-kiderakenne, joka esitetään tilallisella täyttömallilla. Lähde: CCoil

Kaavan kalsiumkarbonaatti, CaCO ₃, osoittaa, että suhde Ca ²⁺ CO ₃ ^2- ionien on 1: 1; toisin sanoen jokaiselle Ca ^{2+: lle} on vastine CO ₃ ^{2, joka on} vuorovaikutuksessa sähköstaattisesti sen kanssa. Siksi ioninen sidos päätyy järjestämään nämä ionit muodostamaan rakenteita, jotka määrittelevät kiteen.

Yläkuva näyttää CaCO _3: n rakenteen. Vihreät pallot vastaavat Ca ²⁺ -kationeja, ja punainen ja musta pallo ovat CO ₃ ^2- anioneja. Huomaa, että rakenne näyttää koostuvan useista kerroksista: toinen kalsiumista ja toinen karbonaatista; mikä tarkoittaa, että se kiteytyy kompaktiksi kuusikulmaiseksi rakenteeksi.

Tämän heksagonaalisen faasin (β-CaCO ₃) vastaa polymorfin. Niitä on kaksi muuta: ortorombinen (λ-CaCO ₃) ja vielä tiheämpi kuusikulmainen (μ-CaCO ₃). Alla oleva kuva auttaa kuvaamaan onnellinen kuusikulmio paremmin:

Kalsiitin kuusikulmainen rakenne. Materiaalitieteilijä englanninkielisessä Wikipediassa

Lämpötilasta riippuen (ja tämän suolan ollessa vähäisemmässä määrin paineessa) ionien värähtelyt kuitenkin säätyvät muihin rakenteisiin; nämä ovat jo mainittuja polymorfeja (β, λ ja μ).

Kuulostaen niitä ei tunneta kovinkaan hyvin, ellei niitä mainita heidän mineralogisilla nimillään tulevassa osiossa.

Proteiinikovuus

CaCO ₃ kiteet eivät yksin: ne voidaan järjestää epäpuhtauksia, kuten muita metallikationeja, että väri niitä; tai proteiineja, sisältäen orgaanisen matriisin, joka jollain tavalla myötävaikuttaa sen luonnolliseen kovuuteen.

Proteiinit vähentävät jännitystä, jonka kiteet kokevat toisiaan vastaan ​​paineen tai iskun alla. Miten? Kerrostettuna lasien väliin, se toimii kuin "tyyny" (samanlainen kuin tiili-sementti-tiili-sarja).

Siksi tämä yhdiste tai mineraali on bioyhteensopivaa, eikä ole yllättävää, että se on osa siilien kynnet, simpukankuoret, kuoret tai luut. Se on ollut inspiraation lähde niille, jotka ovat sitoutuneet kehittämään uusia materiaaleja.

ominaisuudet

Muut nimet

-Aragonite

-Kalsiitti

-Volterito

-Kalsiummaito

-Valkotaulu

-Marmori

Moolimassa

100,086 g / mol.

Fyysinen kuvaus

Hajuton valkoinen jauhe.

Maku

Kalkkimainen, mauton.

Sulamis- ja kiehumispisteet

Se hajoaa koska se vapauttaa CO ₂ ennen kuin se edes sulaa tai kiehuu.

Liukoisuus

Käytännössä liukenematon veteen ja alkoholiin. Se liukenee poreilevasti laimeisiin etikka- ja suolahappoihin. Hydroksidit kuitenkin vähentävät sen liukoisuutta. Samanaikaisesti ammoniumsuolat ja hiilidioksidi lisäävät kalsiumkarbonaatin liukoisuutta veteen.

Tiheys

2,7-2,95 g / cm ³.

hajoaminen

Noin 825 ºC: n lämpötilassa se hajoaa kalsiumoksidiksi (kalkki) ja hiilidioksidiksi (CO ₂).

pH

8 - 9

Taitekerroin

-1,7216 aallonpituudella 300 nm ja 1,6584 aallonpituudella 589 nm (kalsiitti).

-1,5145 aallonpituudella 300 nm ja 1,4864 aallonpituudella 589 (aragoniitti).

yhteensopivuusongelmia

Happojen, alunan ja ammoniumsuolojen kanssa.

Fuusion entalpia

36 kJ / mol 800 ° C: ssa (kalsiitti).

Liukoisuus Tuotteen vakio

3,36 · 10 ^-9 25 ° C: ssa.

Kovuus

-3,0 (kalsiitti)

-3,5 - 4,0 (aragoniitti) Mohsin asteikolla.

Vaihesiirtymät

Aragoniitti on metastabiili ja muuttuu palautumattomasti kalsiitiksi kuumennettaessa kuivassa ilmassa 400ºC: ssa.

reaktiivisuus

Kalsiumkarbonaatti reagoi happojen kanssa vapauttaen hiilidioksidia, ionista kalsiumia ja vettä.

Kalsiumkarbonaatti yhdistyy hiilidioksidilla kyllästetyllä vedellä, joka vastaa hiilihappoa (H ₂ CO ₃), muodostaen kalsiumbikarbonaattia.

koulutus

Liitu, marmori ja kalkkikivi, kaksi ensimmäistä mineraaleja ja kolmas kivinen materiaali, sisältävät kalsiumkarbonaattia ja ovat sedimenttistä alkuperää. Niiden uskotaan muodostuvan etanoiden sedimentoitumisesta miljoonien vuosien aikana.

PH voisi olla tärkein tekijä polymorfien muodostumisessa 24ºC: n lämpötilassa. Vateriitti on päätuote pH-alueella 8,5-10; aragoniitin pH on 11; ja kalsiitti pH: ssa> 12.

Monien makean veden levien tiedetään myös rakentavan kalsiittikiteitä, kun niitä kasvatetaan kalsiumilla kyllästetyssä ympäristössä. Lisäksi mikrolevät kykenevät aiheuttamaan kalsiumkarbonaatin saostumisen.

Kalsiumkarbonaatin muodot

Oheisissa kuvissa esitetään kalsiumkarbonaatin kolme päämuotoa tai polymorfia:

Kalsiittikide. Lähde: Vanhempi Géry

Aragoniitti kristalli. Lähde: Battistini Riccardo

Vaterite-kiteet. Lähde: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Ylhäältä alas ovat polymorfit kalsiitti, aragoniitti ja vateriitti. Huomaa ensi silmäyksellä sen kiteiden morfologian välinen ero (väri on tyypillinen alkuperälle ja ympäristön ominaisuuksille).

Vateriitti on läpinäkymättömämpi kuin kalsiitti, jälkimmäisestä tulee jopa täysin läpinäkyvä (Islannin sparri), ja siksi sitä on käytetty koruissa ja optisissa sovelluksissa. Sillä välin aragonitekiteet muistuttavat pieniä pitkänomaisia ​​monoliitteja.

Jos näiden kolmen polymorfin näytteitä tarkkaillaan elektronimikroskoopin alla, niiden kiteissä (harmahtavilla sävyillä, koska tekniikka ei salli värien erottelua), samat morfologiat löytyisivät kuin makroskooppisissa mittakaavoissa; eli paljaalla silmällä.

Näiden kolmen polymorfin joukossa kalsiitti on yleisimmin ja pysyvin, mitä seuraa aragoniitti ja viimeiseksi vateriitti, joka on harvinaisimmat CaCO _3- muodot.

Sovellukset

teollinen

Kalsiumkarbonaatti lisää synteettisen ja luonnonkumin vääntö- ja vetokestoa säilyttäen sen joustavuuden. Sitä käytetään rakennusteollisuudessa sementin ainesosana ja kalkin raaka-aineena. Sen käyttöä on vähennetty, koska hapan sade vaurioittaa sitä.

Kalsiumkarbonaattia käytetään raudan puhdistukseen. Kalkin muodossa se poistaa metallin rikkidioksidin. Sitä käytetään sokerin puhdistamiseen punajuurista. Sitä käytettiin kerran liitutaulun liiduna, mutta se on korvattu laastarilla tätä sovellusta varten.

Kalsiumkarbonaatti sekoitetaan kittiin, jota käytetään lasin asennuksessa. Maata käytetään täyteaineena vaipoissa käytetyssä mikrohuokoisessa kalvossa. Sitä käytetään myös täyteaineena muoveissa, kuten PVC: ssä. Lisäksi se lisää muovin lujuutta.

Kalsiumkarbonaattia käytetään lisäämään maalien peittokykyä. Sitä käytetään paperin täyttömateriaalina, koska se on halvempaa kuin puukuitu ja voi edustaa yli 10% paperista.

lääkärit

Sitä käytetään antasidina torjumaan mahalaukun ylihappoisuutta ja lievittämään ruoansulatushäiriöitä. Sitä käytetään ruokavalion kalsiumlisänä ja osteoporoosin hoidossa ja ehkäisyssä. Sitä käytetään hyperfosfatemian hoidossa potilailla, joilla on krooninen munuaisten vajaatoiminta.

Sitä on käytetty vähentämään HIV: n hoidossa käytettyjen proteaasi-inhibiittorien haittavaikutuksia vähentämällä ripulia potilailla.

Se vähentää verenpainetta raskaana olevilla naisilla, joilla on verenpainetauti ja preeklampsia, koska molemmat voivat liittyä lisääntyneeseen kalsiumin kysyntään sikiön läsnäolon vuoksi.

toiset

Kalsiumkarbonaattia käytetään maataloudessa lannoitteena ja maaperän happamuuden torjumiseksi. Sitä käytetään säilöntäaineena, värin säilyttäjänä ja ruuan kiinteyttämisessä.

Lisäksi se on ainesosa hammastahnassa ja toimii jauhemaisena hioma-aineena puhdistuksessa ja pesussa.

Viitteet

1. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Kalsiumkarbonaatti. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
3. Kansallinen bioteknologiatietokeskus. (2019). Kalsiumkarbonaatti. PubChem-tietokanta., CID = 10112. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Kai-Yin Chong, Chin-Hua Chia ja Sarani Zakaria. (2014). Polymorfit kalsiumkarbonaatti lämpötilan reaktiossa. AIP-konferenssijulkaisut 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. Greg Watry. (1. marraskuuta 2016). Tutustu kuinka kalsiumkarbonaattikiteet saavat voimaa. Edullinen yritysmarkkinointi. Palautettu osoitteesta: rdmag.com
6. Amerikkalaiset elementit. (2019). Kalsiumkarbonaatti. Palautettu osoitteesta: americanelements.com
7. Elsevier. (2019). Kalsiumkarbonaatti. ScienceDirect. Palautettu osoitteesta: sciencedirect.com
8. Kemikaalikirja. (2017). Kalsiumkarbonaatti. Palautettu osoitteesta: kemikaalikirja.com