UHLIČITAN VÁPENATÝ: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, TVORBA, POUŽITIE - CHÉMIA - 2026

Uhličitan vápenatý je anorganická zlúčenina, ktorej chemický vzorec je CaCO ₃ . Nachádza sa hlavne v mineráloch ako je kalcit a aragonit. Tvorí tiež vápenec, sedimentárnu horninu, v ktorej je prítomný minerálny kalcit.

Tento dôležitý uhličitan kovu sa priemyselne získava extrakciou a mletím minerálov, ktoré ho obsahujú; na tento účel sa používa hlavne mramor. Ďalší postup spočíva v použití oxidu vápenatého, ktorý sa premení na hydroxid vápenatý, z ktorého sa vyzráža uhličitan vápenatý pridaním oxidu uhličitého. Týmto spôsobom sa získajú kryštály širokého rozsahu veľkostí.

Škrupina slimákov sa skladá hlavne z uhličitanu vápenatého. Zdroj: Pixabay.

Mušle mušle, vaječné škrupiny a ustríc, v ktorom je prítomný môže byť tiež použitý pre priemyselnú výrobu CaCO _3, v malom meradle.

Uhličitan vápenatý prítomný vo vápenci sa rozpustí vo vode pomocou oxidu uhličitého, pričom vzniká hydrogenuhličitan vápenatý. Táto akcia môže spôsobiť jaskyne a je príčinou alkalizácie vody; udalosť veľkého významu pri udržiavaní života v ňom.

Používa sa pri stavbe a spracovaní sôch; príkladmi sú Parthenon v Aténach, katedrála v Krakove a socha Abrahama Lincolna vo Washingtone. Jeho náchylnosť na kyslé dažde však znížila jeho použitie v stavebníctve.

Uhličitan vápenatý má v priemysle viacnásobné využitie ako plnivo z plastov a papiera. V medicíne sa používa na kontrolu kyslosti žalúdka; ako doplnok vápnika v potrave; na kontrolu fosfatémie u pacientov s chronickým zlyhaním obličiek, atď.

štruktúra

Kryštalická štruktúra CaCO3 predstavovaná modelom priestorovej výplne. Zdroj: CCoil

Vzorec pre uhličitan vápenatý, CaCO ₃ , ukazuje, že pomer Ca ^{2+ na} CO ₃ ^2- iónov je 1: 1; to znamená, že pre každú Ca ²⁺ je náprotivok CO ₃ ^2- interakciu elektrostaticky s ním. Iónová väzba teda končí usporiadaním týchto iónov, aby vytvorili štruktúrne vzory, ktoré definujú kryštál.

Horný obrázok ukazuje štruktúru CaCO ₃ . Zelené gule zodpovedajú Ca ²⁺ katiónov , a červenej a čiernej gule k CO ₃ ^2- aniónov . Všimnite si, že štruktúra sa zdá byť vytvorená z viacerých vrstiev: jedna z vápnika a druhá z uhličitanu; čo znamená, že kryštalizuje do kompaktnej hexagonálnej štruktúry.

Táto hexagonálne fázy (β-CaCO ₃ ) zodpovedá polymorfov. Existujú dve ďalšie: ortorombické (A-CaCO ₃ ) a ešte hustejšie hexagonálne (μ-CaCO ₃ ). Obrázok nižšie pomáha lepšie zviditeľniť šťastný šesťuholník:

Šesťuholníková štruktúra kalcitu. Materialscientist na anglickej Wikipédii

Avšak v závislosti od teploty (a pre túto soľ v menšej miere tlaku) sa ióny vo svojich vibráciách upravujú na iné štruktúry; jedná sa o už spomínané polymorfy (β, λ a μ).

Znie to tak, že nie sú veľmi dobre známe, pokiaľ sa v budúcej časti neuvádzajú s mineralogickými názvami.

Tvrdosť proteínu

CaCO ₃ kryštály nie sú sami: môžu hostiť nečistoty, ako sú iné kovové katióny, že farebný nimi; alebo proteíny, obsahujúce organickú matricu, ktorá nejakým spôsobom prispieva k jej prirodzenej tvrdosti.

Proteíny znižujú napätie, ktoré kryštály zažívajú proti sebe pod tlakom alebo nárazom. Ako? Keď je vložený medzi tabuľami, pôsobí tak, akoby išlo o „podložku“ (podobne ako sada tehál-cement-tehla).

Preto je táto zlúčenina alebo minerál biokompatibilný a nie je prekvapujúce, že je súčasťou nechtov, lastúr, škrupín alebo kostí ježkov. Bola to inšpirácia pre tých, ktorí sa venujú vývoju nových materiálov.

vlastnosti

Ostatné mená

-Aragonite

-Calcite

-Volterito

- Vápnikové mlieko

-Biela tabuľa

-Marble

Molárna hmota

100,086 g / mol.

Fyzický popis

Biely prášok bez zápachu.

príchuť

Krieda, bez chuti.

Teploty topenia a varu

Rozkladá sa, pretože uvoľňuje CO ₂ ešte predtým, ako sa topí alebo vrie.

rozpustnosť

Prakticky nerozpustný vo vode a alkohole. Šumivo sa rozpúšťa v zriedenej kyseline octovej a kyseline chlorovodíkovej. Hydroxidy však znižujú jeho rozpustnosť. Amónne soli a oxid uhličitý medzitým zvyšujú rozpustnosť uhličitanu vápenatého vo vode.

Hustota

2,7 až 2,95 g / cm ³ .

rozklad

825 ° C sa rozkladá na oxid vápenatý (vápno) a oxidu uhličitého (CO ₂ ).

pH

8 až 9

Index lomu

-1,7216 pri 300 nm a 1,6584 pri 589 nm (kalcit).

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

nekompatibility

S kyselinami, kamencami a amónnymi soľami.

Entalpia fúzie

36 kJ / mol pri 800 ° C (kalcit).

Konštantnosť rozpustnosti produktu

3,36 · ^10-9 pri 25 ° C

tvrdosť

-3,0 (kalcit)

-3,5 - 4,0 (aragonit) na Mohsovej stupnici.

Fázové prechody

Aragonit je metastabilný a nezvratne sa mení na kalcit, keď je zahrievaný na suchom vzduchu pri 400 ° C.

reaktivita

Uhličitan vápenatý reaguje s kyselinami, uvoľňuje oxid uhličitý, iónový vápnik a vodu.

Uhličitan vápenatý sa spojí s vodou nasýtenou oxidom uhličitým, čo zodpovedá kyseliny uhličitej (H ₂ CO ₃ ), za vzniku hydrogénuhličitanu vápenatého.

výcvik

Krieda, mramor a vápenec, prvé dva minerály a tretí skalný materiál, obsahujú uhličitan vápenatý a sú sedimentárneho pôvodu. Predpokladá sa, že boli tvorené sedimentáciou slimákov v priebehu miliónov rokov.

PH by mohlo byť najdôležitejším faktorom pri tvorbe polymorfov pri teplote 24 ° C. Vaterite je hlavný produkt v rozsahu pH medzi 8,5 a 10; aragonit má pH 11; a kalcit pri pH> 12.

Tiež je známe, že veľa sladkých rias vytvára kryštály kalcitu, keď sa pestujú v prostredí nasýtenom vápnikom. Ďalej sú mikroriasy schopné spôsobiť vyzrážanie uhličitanu vápenatého.

Formy uhličitanu vápenatého

Na obrázkoch nižšie sú uvedené tri hlavné formy alebo polymorfy uhličitanu vápenatého:

Kalcitový kryštál. Zdroj: Rodič Géry

Aragonitový kryštál. Zdroj: Battistini Riccardo

Kryštály vateritu. Zdroj: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Zhora nadol sú polymorfy kalcit, aragonit a vaterit. Na prvý pohľad si všimnite rozdiel medzi morfológiou jeho kryštálov (farba je typická pre jeho pôvod a charakteristiky okolia).

Vaterit je viac nepriehľadný ako kalcit, ktorý sa dokonca stáva úplne priehľadným (islandský spar), a preto sa používa v klenotníctve a optických aplikáciách. Medzitým sa aragonitové kryštály podobajú malým predĺženým monolitom.

Ak sa pod elektrónovým mikroskopom pozorujú vzorky týchto troch polymorfov, ich kryštály (so sivými odtieňmi v dôsledku skutočnosti, že technika neumožňuje rozlíšenie farieb), zistia sa rovnaké morfológie ako v makroskopických mierkach; to znamená voľným okom.

Spomedzi týchto troch polymorfov je kalcit najhojnejším a najstabilnejším, nasledovaný aragonitom a nakoniec vateritom, najvzácnejšou formou CaCO3 _.

aplikácia

Priemyselný

Uhličitan vápenatý zvyšuje odolnosť syntetického a prírodného kaučuku proti krúteniu a ťahu, pričom si zachováva svoju flexibilitu. Používa sa v stavebníctve ako prísada do cementu a ako surovina pre vápno. Jeho použitie sa znížilo, pretože je poškodené kyslými dažďami.

Uhličitan vápenatý sa používa na čistenie železa. Vo forme vápna odstraňuje oxid siričitý prítomný v kove. Používa sa na čistenie cukru z repy. Kedysi sa používala ako krieda na tabule, ale pre túto aplikáciu bola nahradená omietkou.

Uhličitan vápenatý je zmiešaný s tmelom, ktorý sa používa pri inštalácii skla. Mletie sa používa ako výplňový materiál v mikroporéznom filme použitom v plienkach. Používa sa tiež ako výplňový materiál v plastoch, ako je PVC. Okrem toho zvyšuje pevnosť plastu.

Uhličitan vápenatý sa používa na zvýšenie krycej schopnosti farieb. Používa sa ako výplňový materiál pre papier, pretože je lacnejší ako drevné vlákno a môže predstavovať viac ako 10% papiera.

Lekári

Používa sa ako antacidum na boj proti žalúdočnej hyperacidite a na zmiernenie trávenia. Používa sa ako doplnok vápnika v potrave a pri liečbe a prevencii osteoporózy. Používa sa pri liečbe hyperfosfatémie u pacientov s chronickým zlyhaním obličiek.

Používa sa na zníženie nežiaducich účinkov proteázových inhibítorov používaných pri liečbe HIV, pričom u pacientov sa pozoruje zníženie hnačky.

To vedie k poklesu krvného tlaku u tehotných žien s hypertenziou a preeklampsiou, pretože obe môžu byť spojené so zvýšeným dopytom po vápniku v dôsledku prítomnosti plodu.

iní

Uhličitan vápenatý sa používa v poľnohospodárstve ako hnojivo a na boj proti kyslosti v pôde. Používa sa ako konzervačný prostriedok, udržovač farby a spevňovanie potravín.

Okrem toho je súčasťou zubnej pasty a slúži ako abrazívum v práškovej forme pri čistení a umývaní.

Referencie

1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Uhličitan vápenatý. Obnovené z: en.wikipedia.org
3. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Uhličitan vápenatý. PubChem Database., CID = 10112. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Kai-Yin Chong, Chin-Hua Chia a Sarani Zakaria. (2014). Polymorfy uhličitan vápenatý pri reakcii teploty. Zborníky z konferencie AIP 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. Greg Watry. (1. november 2016). Objavovanie sily kryštálov uhličitanu vápenatého. Výhoda podnikového marketingu. Obnovené z: rdmag.com
6. Americké prvky. (2019). Uhličitan vápenatý. Získané z: americanelements.com
7. Elsevier. (2019). Uhličitan vápenatý. ScienceDirect. Obnovené z: sciposedirect.com
8. Chemická kniha. (2017). Uhličitan vápenatý. Obnovené z: chemicalbook.com