UHLIČITAN VÁPENATÝ: STRUKTURA, VLASTNOSTI, TVORBA, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Uhličitan vápenatý je anorganická sloučenina, jejíž chemický vzorec je CaCO ₃. To je hlavně nalezené v nerostech takový jako kalcit a aragonit. Vytváří také vápenec, sedimentární horninu, ve které je přítomen minerální kalcit.

Tento důležitý uhličitan kovu se průmyslově získává extrakcí a mletím minerálů, které jej obsahují; K tomuto účelu se používá hlavně mramor. Další postup spočívá v použití oxidu vápenatého, který se přeměňuje na hydroxid vápenatý a z něj se vysráží uhličitan vápenatý přidáním oxidu uhličitého. Tímto způsobem se získají krystaly široké škály velikostí.

Obal hlemýžďů se skládá hlavně z uhličitanu vápenatého. Zdroj: Pixabay.

Škeble, vaječné skořápky a lastury ústřice, ve kterých jsou obsaženy, mohou být také použity pro průmyslovou výrobu CaCO ₃ v malém měřítku.

Uhličitan vápenatý přítomný v vápence je rozpuštěn oxidem uhličitým ve vodě, čímž vzniká hydrogenuhličitan vápenatý. Tato akce může způsobit jeskyně a je příčinou alkalizace vody; událost velkého významu pro udržení života v ní.

Používá se při konstrukci a zpracování soch; příklady toho jsou Parthenon v Aténách, katedrála v Krakově a socha Abrahama Lincolna ve Washingtonu. Jeho náchylnost k kyselému dešti však snížila jeho použití ve stavebnictví.

Uhličitan vápenatý má v průmyslu mnoho použití jako plnivo z plastů a papíru. V medicíně se používá ke kontrole žaludeční kyselosti; jako doplněk vápníku v potravě; ke kontrole fosfatémie u pacientů s chronickým selháním ledvin atd.

Struktura

Krystalová struktura CaCO3 představovaná modelem prostorového plnění. Zdroj: CCoil

Vzorec pro uhličitan vápenatý, CaCO ₃, ukazuje, že poměr Ca ^{2+ na} CO ₃ ^2- iontů je 1: 1; to znamená, že pro každý Ca2 ⁺ existuje protějšek CO ₃ ^{2-, který} s ním elektrostaticky interaguje. Iontová vazba tedy končí uspořádáním těchto iontů za vzniku strukturních vzorců, které definují krystal.

Horní obrázek ukazuje strukturu CaCO ₃. Zelené koule odpovídají Ca ²⁺ kationtů, a červené a černé koule k CO ₃ ^2- aniontů. Všimněte si, že struktura se zdá být vytvořena z více vrstev: jedna z vápníku a druhá z uhličitanu; což znamená, že krystalizuje do kompaktní hexagonální struktury.

Tato hexagonální fáze (β-CaCO ₃) odpovídá polymorfu. Existují další dva: ortorombický (A-CaCO ₃) a ještě hustší hexagonální (μ-CaCO ₃). Obrázek níže pomáhá lépe vizualizovat šťastný šestiúhelník:

Šestiúhelníková struktura kalcitu. Materialscientist ve společnosti English Wikipedia

V závislosti na teplotě (a pro tuto sůl v menší míře na tlaku) se však ionty v jejich vibracích upravují na jiné struktury; jedná se o již zmiňované polymorfy (β, λ a μ).

Jak to zní, nejsou příliš dobře známí, pokud nejsou v budoucnu zmiňováni svými mineralogickými jmény.

Tvrdost proteinu

Krystaly CaCO ₃ nejsou samy o sobě: mohou hostit nečistoty, jako jsou jiné kovové kationty, které je zbarvují; nebo proteiny, obsahující organickou matrici, která nějakým způsobem přispívá k její přirozené tvrdosti.

Proteiny snižují napětí, které krystaly zažívají proti sobě pod tlakem nebo nárazem. Jak? Když sendvičoval mezi tabulemi, choval se, jako by to byl "pad" (podobný sadě cihla-cement-cihla).

Proto je tato sloučenina nebo minerál biokompatibilní a není divu, že je součástí nehtů, mušlí, skořápek nebo kostí ježků. Byl to zdroj inspirace pro ty, kteří se věnují vývoji nových materiálů.

Vlastnosti

Ostatní jména

- Aragonite

- Citace

-Volterito

- Vápníkové mléko

-Tabule

-Mramor

Molární hmotnost

100,086 g / mol.

Fyzický popis

Bílý prášek bez zápachu.

Chuť

Křída, bez chuti.

Body tání a varu

Rozkládá se, protože uvolňuje CO ₂ dříve, než se dokonce roztaví nebo vaří.

Rozpustnost

Prakticky nerozpustný ve vodě a alkoholu. Šumivě se rozpustí ve zředěné kyselině octové a kyselině chlorovodíkové. Hydroxidy však snižují jeho rozpustnost. Mezitím amonné soli a oxid uhličitý zvyšují rozpustnost uhličitanu vápenatého ve vodě.

Hustota

2,7 až 2,95 g / cm ³.

Rozklad

Přibližně 825 ° C se rozkládá na oxid vápenatý (vápno) a oxid uhličitý (CO ₂).

pH

8 až 9

Index lomu

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

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

Nekompatibilita

S kyselinami, kamenem a amonnými solemi.

Entalpie fúze

36 kJ / mol při 800 ° C (kalcit).

Konstantní rozpustnost produktu

3,36 · ^10-9 při 25 ° C

Tvrdost

-3,0 (kalcit)

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

Fázové přechody

Aragonit je metastabilní a nevratně se mění na kalcit, když se zahřívá na suchém vzduchu při 400 ° C.

Reaktivita

Uhličitan vápenatý reaguje s kyselinami, uvolňuje oxid uhličitý, iontový vápník a vodu.

Uhličitan vápenatý se spojí s vodou nasycenou oxidem uhličitým, což odpovídá kyseliny uhličité (H ₂ CO ₃), za vzniku hydrogenuhličitanu vápenatého.

Výcvik

Křída, mramor a vápenec, první dva minerály a třetí skalní materiál, obsahují uhličitan vápenatý a jsou sedimentárního původu. Předpokládá se, že byly vytvořeny sedimentací hlemýžďů po miliony let.

PH by mohlo být nejdůležitějším faktorem při tvorbě polymorfů při teplotě 24 ° C. Vaterite je hlavním produktem v rozmezí pH mezi 8,5 a 10; aragonit má pH 11; a kalcit při pH> 12.

Také je známo, že mnoho sladkovodních řas vytváří krystaly kalcitu, když jsou pěstovány v prostředí nasyceném vápníkem. Kromě toho jsou mikrořasy způsobeny vysrážením uhličitanu vápenatého.

Formy uhličitanu vápenatého

Následující obrázky ukazují tři hlavní formy nebo polymorfy uhličitanu vápenatého:

Krystal vápence. Zdroj: Rodič Géry

Aragonitový krystal. Zdroj: Battistini Riccardo

Vateritové krystaly. Zdroj: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Od shora dolů jsou polymorfní kalcit, aragonit a vaterit. Na první pohled si všimněte rozdílu mezi morfologií krystalů (barva je typická pro jeho původ a charakteristiku okolí).

Vaterit je více neprůhledný než kalcit, který se dokonce stává zcela průhledným (islandský spar), a proto se používá v klenotnictví a optických aplikacích. Mezitím se aragonitové krystaly podobají malým protáhlým monolitům.

Pokud jsou vzorky těchto tří polymorfů pozorovány pod elektronickým mikroskopem, jejich krystaly (se šedivými tóny v důsledku skutečnosti, že technika neumožňuje rozlišení barev), byly by nalezeny stejné morfologie jako v makroskopických měřítcích; to je pouhým okem.

Z těchto tří polymorfů je nejpočetnější a nejstabilnější kalcit, následovaný aragonitem a nakonec vateritem, nejvzácnějším z forem CaCO ₃

Aplikace

Průmyslový

Uhličitan vápenatý zvyšuje odolnost proti kroucení a tahu syntetického a přírodního kaučuku a udržuje jeho flexibilitu. Používá se ve stavebnictví jako přísada do cementu a jako surovina pro vápno. Jeho použití bylo sníženo, protože je poškozeno kyselým deštěm.

Uhličitan vápenatý se používá k čištění železa. Ve formě vápna odstraňuje oxid siřičitý přítomný v kovu. Používá se při čištění cukru z řepy. Kdysi byla použita jako křídová tabule, ale pro tuto aplikaci byla nahrazena omítkou.

Uhličitan vápenatý je smíchán s tmelem, který se používá při instalaci skla. Zemina se používá jako výplňový materiál v mikroporézním filmu použitém v plenkách. Používá se také jako výplňový materiál v plastech, jako je PVC. Kromě toho zvyšuje pevnost plastu.

Uhličitan vápenatý se používá ke zvýšení krycí schopnosti barev. Používá se jako plnicí materiál pro papír, protože je levnější než dřevěné vlákno a může představovat více než 10% papíru.

Lékaři

Používá se jako antacidum k potírání žaludeční hyperacidity a zmírnění trávení. Používá se jako doplněk vápníku v potravě a při léčbě a prevenci osteoporózy. Používá se při léčbě hyperfosfatémie u pacientů s chronickým selháním ledvin.

Používá se ke snížení nežádoucích účinků proteázových inhibitorů používaných při léčbě HIV, přičemž u pacientů je pozorováno snížení průjmu.

To vede ke snížení krevního tlaku u těhotných žen s hypertenzí a preeklampsií, protože obě by mohly být spojeny se zvýšenou poptávkou po vápníku v důsledku přítomnosti plodu.

Ostatní

Uhličitan vápenatý se v zemědělství používá jako hnojivo a pro boj s kyselostí v půdě. Používá se jako konzervační prostředek, udržovač barvy a zpevňování potravin.

Kromě toho je to složka v zubní pastě a slouží jako brusivo v práškové formě při čištění a mytí.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Uhličitan vápenatý. Obnoveno z: en.wikipedia.org
3. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). Uhličitan vápenatý. PubChem Database., CID = 10112. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Kai-Yin Chong, Chin-Hua Chia a Sarani Zakaria. (2014). Polymorfy uhličitan vápenatý při teplotní reakci. Sborník konferencí AIP 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. Greg Watry. (1. listopadu 2016). Objevování toho, jak krystaly uhličitanu vápenatého získávají sílu. Výhoda obchodního marketingu. Obnoveno z: rdmag.com
6. Americké prvky. (2019). Uhličitan vápenatý. Obnoveno z: americanelements.com
7. ElSevier. (2019). Uhličitan vápenatý. ScienceDirect. Obnoveno z: sciposedirect.com
8. Chemická kniha. (2017). Uhličitan vápenatý. Obnoveno z: chemicalbook.com