KALCIUM-KARBONÁT: SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, KÉPZŐDÉS, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A kalcium-karbonát egy szervetlen vegyület, amelynek kémiai képlete CaCO ₃. Elsősorban ásványokban található, mint például a kalcitban és az aragonitban. Ezenkívül a mészkő, üledékes kőzet, amelyben az ásványi kalcit található.

Ezt a fontos fém-karbonátot iparilag nyerik az ásványi anyagok extrahálásával és őrlésével; főként erre a célra használt márvány. Egy másik eljárás a kalcium-oxid felhasználásában rejlik, amelyet kalcium-hidroxiddá alakítanak, és ezáltal kalcium-karbonátot szén-dioxid hozzáadásával kicsapja. Ily módon széles méretű kristályokat kapunk.

A csigák héja főleg kalcium-karbonátból áll. Forrás: Pixabay.

A kagylóhéj, a tojáshéj és az osztrigahéj kiszerelésben is felhasználható a CaCO ₃ ipari termeléséhez.

A mészkőben lévő kalcium-karbonátot a vízben széndioxid oldja, kalcium-bikarbonátot képezve. Ez a művelet barlangokat okozhat, és a víz lúgosodásának oka lehet; nagy jelentőségű esemény az élet megőrzésében.

Szobrok készítésében és kidolgozásában használták; erre példa az athéni Parthenon, a krakkói székesegyház és Abraham Lincoln szobra Washingtonban. A savas esőre való hajlandósága azonban csökkent az építőiparban való alkalmazásának.

A kalcium-karbonátnak számos alkalma van az iparban műanyag és papír töltőanyagként. A gyógyászatban a gyomor savtartalmának ellenőrzésére használták; étrend-kalcium-kiegészítőként; krónikus veseelégtelenségben szenvedő betegek foszfatémia kezelésére

Szerkezet

A CaCO3 kristályszerkezete térbeli kitöltési modellel ábrázolva. Forrás: CCoil

A kalcium-karbonát képlete (CaCO ₃) azt jelzi, hogy a Ca ^{2+ és a} CO ₃ ^2- ionok aránya 1: 1; vagyis minden Ca ²⁺ -nak van egy párja CO ₃ ^2-, amely elektrosztatikusan kölcsönhatásba lép vele. Így az ionos kötés végül ezeket az ioneket úgy rendezi el, hogy szerkezeti mintákat képezzenek, amelyek meghatározzák a kristályt.

A felső kép a CaCO ₃ szerkezetét mutatja. A zöld gömb megfelel a Ca ²⁺ kationoknak, a piros és a fekete gömb a CO ₃ ^2- anionoknak. Vegye figyelembe, hogy a szerkezet úgy tűnik, hogy több rétegből áll: az egyik kalcium, a másik karbonát; ami azt jelenti, hogy kristályosodik kompakt hatszögletű struktúrává.

Ez a hatszögletű fázis (β-CaCO ₃) megfelel a polimorfnak. Két másik van: orthorombikus (λ-CaCO ₃) és még sűrűbb hatszögletű (μ-CaCO ₃). Az alábbi kép hozzájárul a boldog hatszög jobb megjelenítéséhez:

A kalcit hatszögletű szerkezete. Anyagtudós az angol Wikipedia-ban

A hőmérséklettől (és ennek a sónak kisebb mértékben a nyomást) függően azonban az ionok rezgéseikben más szerkezetekhez igazodnak; ezek a már említett polimorf formák (β, λ és μ).

Mint hangzik, nem nagyon ismertek, hacsak nem említik ásványtani nevükkel egy jövőbeli szakaszban.

Fehérje keménység

A CaCO ₃ kristályok nem önmagukban tartalmazhatnak szennyeződéseket, például más fém kationokat, amelyek színezik őket; vagy fehérjék, olyan szerves mátrixot tartalmazva, amely valamilyen módon hozzájárul annak természetes keménységéhez.

A fehérjék csökkentik a feszültséget, amelyet a kristályok nyomás vagy ütés hatására egymással szemben tapasztalnak. Hogyan? Amikor az ablakokat egymásra helyezik, úgy viselkedik, mintha „pad” lenne (hasonlóan a tégla-cement-tégla készlethez).

Ez az oka annak, hogy ez a vegyület vagy ásványi anyag biokompatibilis, és nem meglepő, hogy a sündisznók körmeinek, kagylóinak, héjainak vagy csontjainak a része. Inspirációt nyújtott azok számára, akik elkötelezettek az új anyagok fejlesztése iránt.

Tulajdonságok

Más nevek

-Aragonite

-Mészpát

-Volterito

-Kalcium-tej

-Tábla

-Üveggolyó

Moláris tömeg

100,086 g / mol.

Fizikai leírás

Szagtalan fehér por.

Íz

Kréta-szerű, íztelen.

Olvadáspont és forráspont

Elbomlik, mert felszabadítja CO ₂, mielőtt még megolvad vagy kelések.

Oldhatóság

Gyakorlatilag nem oldódik vízben és alkoholban. Pezsgősen feloldódik híg ecetsavban és sósavban. A hidroxidok azonban csökkentik oldhatóságát. Eközben az ammóniumsók és a szén-dioxid növeli a kalcium-karbonát vízben való oldhatóságát.

Sűrűség

2,7-2,95 g / cm ³.

bomlás

825 ºC körüli hőmérsékleten bomlik kalcium-oxiddá (mész) és szén-dioxiddá (CO ₂).

pH

8–9

Törésmutató

-1,7216 300 nm-en és 1,6584 589 nm-en (kalcit).

-1,5145 300 nm-en és 1,4864 589 nm-en (aragonit).

Összeférhetetlenség

Savakkal, alumival és ammóniumsókkal.

A fúziós entalpia

36 kJ / mol 800 ° C-on (kalcit).

Oldhatóság Termék állandó

3,36 · ^10–9 25 ° C-on.

Keménység

-3,0 (kalcit)

-3,5 - 4,0 (aragonit) a Mohs skálán.

Fázisátmenetek

Az Aragonit metastabilis és visszafordíthatatlanul kalcitmá alakul, ha száraz levegőn 400 ° C-on hevítik.

Reakcióképesség

A kalcium-karbonát savakkal reagál, széndioxidot, ionos kalciumot és vizet szabadítva fel.

A kalcium-karbonát a szénsavval (H ₂ CO ₃) ekvivalens szén-dioxiddal telített vízzel egyesül, hogy kalcium-hidrogén-karbonátot képezzen.

Kiképzés

A kréta, a márvány és a mészkő, az első két ásványi anyag, a harmadik pedig egy sziklás anyag kalcium-karbonátot tartalmaz, és üledékes eredetűek. Úgy gondolják, hogy a csigák több millió év alatt történő ülepedése során képződtek.

A pH lehet a legfontosabb tényező a 24 ºC-os hőmérsékleten kialakuló polimorf formában. A vaterit a fő termék 8,5 és 10 közötti pH-tartományban; az aragonit pH-ja 11; és a kalcit, ha a pH> 12.

Számos édesvízi algáról ismert, hogy kalciumkristályokat képez, ha kalcium-telített környezetben termesztik. Ezenkívül a mikroalgák képesek a kalcium-karbonát kicsapódására.

A kalcium-karbonát formái

Az alábbi képek a kalcium-karbonát három fő formáját vagy polimorf formáját mutatják:

Kalcit kristály. Forrás: Géry szülő

Aragonit kristály. Forrás: Battistini Riccardo

Vaterit kristályok. Forrás: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Fentről lefelé vannak a polimorf kalcit, aragonit és vaterit. Első pillantásra vegye figyelembe a kristályok morfológiája közötti különbséget (a szín jellemző eredetére és környezetének jellemzőire).

A vaterit átlátszatlanabb, mint a kalcit, ez utóbbi még teljesen átlátszóvá is válik (izlandi spar), ezért ékszerekben és optikai alkalmazásokban használják. Eközben az aragonitkristályok kis hosszúkás monolitokra hasonlítanak.

Ha e három polimorf mintát megfigyeljük az elektronmikroszkóp alatt, kristályaikkal (szürkés árnyalattal, mivel a technika nem teszi lehetővé a színfelbontást), ugyanazok a morfológiák találhatók, mint a makroszkopikus skálákban; vagyis szabad szemmel.

E három polimorf közül a kalcit a legelterjedtebb és stabil, ezt követi aragonit és végül vaterit, a CaCO ₃ formáinak legritkább változata.

Alkalmazások

Ipari

A kalcium-karbonát növeli a szintetikus és a természetes gumi torzításának és tapadásának ellenálló képességét, megőrizve rugalmasságát. Az építőiparban a cement összetevőjeként és a mész alapanyagaként használják. Használata csökkent, mert a savas eső károsítja.

A kalcium-karbonátot a vas tisztításához használják. Mész formájában eltávolítja a fémben lévő kéndioxidot. Cukorrépa tisztításában használják. Egyszer táblás krétaként használták, de ehhez az alkalmazáshoz vakolat váltotta fel.

A kalcium-karbonátot összekeverik az üveg felszerelésében használt gitttel. A takarót a pelenkákhoz használt mikropórusos filmben töltőanyagként használják. Ezenkívül töltőanyagként használják műanyagokban, például PVC-ben. Ezenkívül növeli a műanyag szilárdságát.

A kalcium-karbonátot használják a festékek fedőképességének növelésére. Papír töltőanyagként használják, mivel olcsóbb, mint a faszál, és a papír több mint 10% -át képviseli.

Az orvosok

Antacid hatóanyagként a gyomor hiperaktivitásának leküzdésére és az emésztési zavarok enyhítésére használják. Étkezési kalcium-kiegészítőként és osteoporosis kezelésében és megelőzésében használják. Krónikus veseelégtelenségben szenvedő betegek hyperphosphatemia kezelésére alkalmazzák.

Arra szolgálták, hogy csökkentsék a HIV kezelésében alkalmazott proteázgátlók nemkívánatos hatásait, a betegeknél pedig a hasmenés csökkenését figyelték meg.

Csökkenti a vérnyomást hipertóniában és preeklampsiaban szenvedő terhes nőkben, mivel mindkettő a magzati jelenlét miatt megnövekedett kalciumszükséglettel járhat.

Egyéb

A kalcium-karbonátot a mezőgazdaságban műtrágyaként és a talaj savasságának leküzdésére használják. Tartósítószerként, színmegtartóként és étel megerősítésére használják.

Ezenkívül a fogkrém egyik alkotóeleme, és porcsiszoló anyagként szolgál a tisztításhoz és a mosáshoz.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Kálcium-karbonát. Helyreállítva: en.wikipedia.org
3. Országos Biotechnológiai Információs Központ. (2019). Kálcium-karbonát. PubChem Database., CID = 10112. Helyreállítva: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Kai-Yin Chong, Chin-Hua Chia és Sarani Zakaria. (2014). Polimorf kalcium-karbonát a hőmérsékleti reakcióban. AIP konferencia folyóirat 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. Greg Watry. (2016. november 1.) Fedezze fel, hogyan erősíti a kalcium-karbonát kristályok. Előnyös üzleti marketing. Helyreállítva: rdmag.com
6. Amerikai elemek. (2019). Kálcium-karbonát. Helyreállítva: americanelements.com
7. Elsevier. (2019). Kálcium-karbonát. ScienceDirect. Helyreállítva: sciencedirect.com
8. Vegyi könyv. (2017). Kálcium-karbonát. Helyreállítva: Chemicalbook.com