Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из карбоната кальция )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Карбонат кальция
Карбонат кальция.png
Карбонат кальция-xtal-3D-SF.png
Карбонат кальция.jpg
Имена
Название ИЮПАК
Карбонат кальция
Другие имена
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard100.006.765 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 207-439-9
Номер EE170 (цвета)
КЕГГ
Номер RTECS
  • FF9335000
UNII
  • InChI = 1S / CH2O3.Ca / c2-1 (3) 4; / ч (H2,2,3,4); / q; + 2 / p-2 проверитьY
    Ключ: VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L проверитьY
  • InChI = 1 / CH2O3.Ca / c2-1 (3) 4; / ч (H2,2,3,4); / q; + 2 / p-2
    Ключ: VTYYLEPIZMXCLO-NUQVWONBAS
  • [Ca + 2]. [O-] C ([O -]) = O
  • C (= O) ([O -]) [O -]. [Ca + 2]
Характеристики
CaCO 3
Молярная масса100,0869 г / моль
ВнешностьМелкий белый порошок; меловой вкус
Запахбез запаха
Плотность2,711 г / см 3 ( кальцит )
2,83 г / см 3 ( арагонит )
Температура плавления1339 ° C (2442 ° F, 1612 K) (кальцит)
825 ° C (1517 ° F, 1098 K) (арагонит) [4] [5]
Точка кипенияразлагается
Растворимость в воде
0,013 г / л (25 ° C) [1] [2]
Произведение растворимости ( K уд )
3,3 × 10 −9 [3]
Растворимость в разбавленных кислотахрастворимый
Кислотность (p K a )9.0
Магнитная восприимчивость (χ)
−3,82 × 10 −5  см 3 / моль
Показатель преломления ( n D )
1,59
Структура
Кристальная структура
Тригональный
Космическая группа
3 2 / м
Термохимия
Стандартная мольная энтропия ( S o 298 )
93 Дж · моль −1 · K −1 [6]
Std энтальпия формации (Δ F H ⦵ 298 )
−1207 кДж · моль −1 [6]
Фармакология
Код УВД
A02AC01 ( ВОЗ ) A12AA04 ( ВОЗ )
Опасности
Паспорт безопасностиICSC 1193
NFPA 704 (огненный алмаз)
0
0
0
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
LD 50 ( средняя доза )
6450 мг / кг (перорально, крыса)
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
TWA 15 мг / м 3 (всего) TWA 5 мг / м 3 (соответственно) [7]
Родственные соединения
Другие анионы
Бикарбонат кальция
Другие катионы
Карбонат бериллия Карбонат
магния Карбонат
стронция Карбонат
бария Карбонат
радия
Родственные соединения
Сульфат кальция
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы
Кристаллическая структура кальцита

Карбонат кальция - это химическое соединение с формулой Ca CO 3 . Это обычное вещество, обнаруженное в горных породах в виде минералов кальцит и арагонит (в первую очередь, как известняк , который является типом осадочной породы, состоящей в основном из кальцита), и является основным компонентом яичной скорлупы , раковин улиток , морских ракушек и жемчуга . Карбонат кальция является активным ингредиентом сельскохозяйственной извести и образуется, когда ионы кальция в жесткой воде реагируют с ионами карбоната.для создания известкового налета . Он используется в медицине как добавка кальция или как антацид , но чрезмерное употребление может быть опасным и вызвать плохое пищеварение.

Химия [ править ]

Карбонат кальция обладает типичными свойствами других карбонатов. Примечательно это

  • реагирует с кислотами , выделяя углекислый газ (технически говоря, угольную кислоту , но она быстро распадается на CO 2 и H 2 O):
СаСО 3 ( с ) + 2 Н + ( водно ) → Са 2+ ( водно ) + СО 2 ( г ) + Н 2 О ( л )
  • высвобождает диоксид углерода при нагревании, называемом реакцией термического разложения или прокаливания (до температуры выше 840 ° C в случае CaCO 3 ), с образованием оксида кальция , обычно называемого негашеной извести , с энтальпией реакции 178 кДж / моль:
CaCO 3 ( тв ) → CaO ( тв ) + CO 2 ( г )

Карбонат кальция вступает в реакцию с водой, насыщенной диоксидом углерода, с образованием растворимого бикарбоната кальция .

СаСО 3 ( с ) + СО 2 ( г ) + Н 2 О ( л ) → Ca (HCO 3 ) 2 ( водн )

Эта реакция играет важную роль в эрозии из карбонатных пород , образующих каверны , и приводит к жесткой воде во многих регионах.

Необычной формой карбоната кальция является гексагидрат, икаит , CaCO 3 · 6H 2 O. Икаит стабилен только при температуре ниже 8 ° C.

Подготовка [ править ]

Подавляющее большинство карбоната кальция, используемого в промышленности, добывается при добыче полезных ископаемых. Чистый карбонат кальция (например, для пищевых или фармацевтических целей) может быть получен из чистого добытого в карьере источника (обычно мрамора ).

В качестве альтернативы карбонат кальция получают из оксида кальция . Для получения гидроксида кальция добавляют воду, затем через этот раствор пропускают диоксид углерода для осаждения желаемого карбоната кальция, называемого в промышленности осажденным карбонатом кальция (ОКК): [8]

СаО + Н 2 О → Са (ОН) 2
Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O

Структура [ править ]

Термодинамически стабильной формой CaCO 3 при нормальных условиях является гексагональный β-CaCO 3 (минеральный кальцит ). [9] Могут быть получены другие формы, более плотная (2,83 г / см 3 ) ромбическая λ-CaCO 3 (минерал арагонит ) и гексагональная μ-CaCO 3 , встречающаяся в виде минерала ватерита . [9] Форма арагонита может быть получена осаждением при температуре выше 85 ° C, форма ватерита может быть получена осаждением при 60 ° C. [9]Кальцит содержит атомы кальция, координированные шестью атомами кислорода, в арагоните они координированы девятью атомами кислорода. [9] Структура ватерита до конца не изучена. [10] магний карбонат (MgCO 3 ) имеет структуру кальцита, тогда как карбонат стронция и карбонат бария (SrCO 3 и BaCO 3 ) принять арагонит структуры, что отражает их большие ионные радиусы . [9]

Происшествие [ править ]

Кальцит - самый стабильный полиморф карбоната кальция. От прозрачного до непрозрачного. Прозрачная разновидность, называемая исландским шпатом (показанная здесь), использовалась для создания поляризованного света в 19 ​​веке. [11]

Геологические источники [ править ]

Кальцит , арагонит и фатерит - это чистые минералы карбоната кальция. Промышленно важные нефтематеринские породы, состоящие преимущественно из карбоната кальция, включают известняк , мел , мрамор и травертин .

Биологические источники [ править ]

Кусочки карбоната кальция из скорлупы

Яичная скорлупа , раковина улиток и большинство морских раковин преимущественно состоят из карбоната кальция и могут использоваться в качестве промышленных источников этого химического вещества. [12] Раковины устриц были недавно признаны источником диетического кальция, но также являются практическим промышленным источником. [13] [14] Темно- зеленые овощи, такие как брокколи и капуста, содержат значительное количество карбоната кальция с пищей, но их нельзя использовать в качестве промышленного источника. [15]

Инопланетянин [ править ]

За пределами Земли убедительные доказательства указывают на присутствие карбоната кальция на Марсе . Признаки карбоната кальция были обнаружены более чем в одном месте (особенно в кратерах Гусева и Гюйгенса ). Это является некоторым свидетельством присутствия жидкой воды в прошлом. [16] [17]

Геология [ править ]

Осаждение CaCO3 на поверхности в виде туфа в Рубаксе , Эфиопия

Карбонат часто встречается в геологических условиях и представляет собой огромный резервуар углерода . Карбонат кальция встречается в виде арагонита , кальцита и доломита как важных составляющих кальциевого цикла . В карбонатных минералов образуют типы пород: известняк , мел , мрамор , травертин , туф и другие.

В теплых, прозрачных тропических водах кораллов больше, чем у полюсов, где вода холодная. Вкладчики карбоната кальция, включая планктон (например, кокколиты и планктонные фораминиферы ), коралловые водоросли , губки , брахиоподы , иглокожие , мшанки и моллюски , обычно встречаются на мелководье, где больше солнечного света и фильтруемой пищи. Карбонаты холодной воды существуют в более высоких широтах, но имеют очень медленную скорость роста. В кальцификации процессы изменяются подкисления океана .

Там , где океаническая кора является субдуцированным под собой континентальные пластинчатые отложениями будет осуществляться до более теплых зон в астеносферах и литосфере . В этих условиях карбонат кальция разлагается с образованием углекислого газа, который вместе с другими газами вызывает взрывные извержения вулканов .

Глубина карбонатной компенсации [ править ]

Глубина компенсации карбоната (ПЗС) является точкой в океане , где скорость осаждения карбоната кальция уравновешивается скорость растворения за счет присутствующих условий. Глубоко в океане температура падает, а давление увеличивается. Карбонат кальция необычен тем, что его растворимость увеличивается с понижением температуры. [18] Повышение давления также увеличивает растворимость карбоната кальция. Глубина карбонатной компенсации может составлять от 4000 до 6000 метров ниже уровня моря.

Роль в тафономии [ править ]

Карбонат кальция может сохранить окаменелости за счет перминерализации . Большая часть окаменелостей позвоночных формации Ту- Медицина - геологического образования, известного своими яйцами утконосых динозавров - сохраняется благодаря перминерализации CaCO 3 . [19] Этот тип сохранения позволяет сохранить высокий уровень детализации, вплоть до микроскопического уровня. Однако он также оставляет образцы уязвимыми к атмосферным воздействиям при воздействии на поверхность. [19]

Когда-то считалось, что популяции трилобитов составляли большую часть водной флоры и фауны во время кембрия из-за того, что их богатые карбонатом кальция раковины сохранялись легче, чем раковины других видов [20], которые имели чисто хитиновые раковины.

Использует [ редактировать ]

Промышленные приложения [ править ]

В основном карбонат кальция используется в строительной промышленности в качестве строительного материала или известнякового заполнителя для дорожного строительства, в качестве ингредиента цемента или в качестве исходного материала для приготовления строительной извести путем обжига в печи . Однако, из - за выветривания главным образом вызвано кислотными дождями , [21] карбонат кальция (в виде известняка) больше не используется для строительных целей самой по себе, но только в качестве исходного вещества для первичного строительных материалов.

Карбонат кальция также используется для очистки железа от железной руды в доменной печи . Карбонат кальцинируется на месте с образованием оксида кальция , который образует шлак с различными примесями и отделяется от очищенного железа. [22]

В нефтяной промышленности карбонат кальция добавляется к буровым растворам как средство, перекрывающее пласт и герметизирующее корку; это также утяжелитель, который увеличивает плотность бурового раствора для контроля забойного давления. Карбонат кальция добавляется в плавательные бассейны в качестве корректора pH для поддержания щелочности и компенсации кислотных свойств дезинфицирующего средства. [23]

Он также используется в качестве сырья при рафинировании сахара из сахарной свеклы ; его кальцинируют в печи с антрацитом для получения оксида кальция и диоксида углерода. Эту негашеную известь затем гасят пресной водой для получения суспензии гидроксида кальция для осаждения примесей в сыром соке во время карбонизации . [24]

Карбонат кальция в форме мела традиционно был основным компонентом мела для школьной доски . Однако современный производимый мел - это в основном гипс , гидратированный сульфат кальция CaSO 4 · 2H 2 O. Карбонат кальция является основным источником для выращивания биорока . Осажденный карбонат кальция (ОКК), предварительно диспергированный в виде суспензии , является обычным наполнителем для латексных перчаток с целью достижения максимальной экономии материалов и производственных затрат. [25]

Тонкоизмельченный карбонат кальция (GCC) является важным ингредиентом микропористой пленки, используемой в подгузниках и некоторых строительных пленках, поскольку поры образуются вокруг частиц карбоната кальция во время производства пленки путем двухосного растяжения. GCC и PCC используются в качестве наполнителя в бумаге, потому что они дешевле древесного волокна . С точки зрения объема рынка GCC являются наиболее важными типами наполнителей, используемых в настоящее время. [26] Бумага для печати и письма может содержать 10–20% карбоната кальция. В Северной Америке карбонат кальция начал заменять каолин при производстве глянцевой бумаги . В Европе это практикуется как щелочное производство бумаги.или бескислотное производство бумаги в течение нескольких десятилетий. PCC, используемый для наполнения бумаги и бумажных покрытий, осаждается и готовится в различных формах и размерах, имеющих характерное узкое распределение размеров частиц и эквивалентные сферические диаметры от 0,4 до 3 микрометров. [ необходима цитата ]

Карбонат кальция широко используется в качестве удлинителя в красках , [27] , в частности , матовой эмульсионной краски , где , как правило , 30% от веса краски является либо мела или мрамора. Это также популярный наполнитель в пластмассах. [27] Некоторые типичные примеры включают в себя примерно от 15 до 20% загрузки мела в непластифицированного поливинилхлорида (АПВК) водостоков , от 5% до 15% загрузки стеарат покрытого мела или мрамора в АПВК оконного профиля. ПВХВ кабелях может использоваться карбонат кальция при нагрузках до 70 частей на сто частей смолы для улучшения механических свойств (прочность на разрыв и удлинение) и электрических свойств (объемное удельное сопротивление). [ необходима цитата ] Полипропиленовые компаунды часто заполняются карбонатом кальция для увеличения жесткости, что становится важным при высоких температурах использования. [28] Здесь процент часто составляет 20-40%. Он также обычно используется в качестве наполнителя в термореактивных смолах (листовые и объемные формовочные смеси) [28], а также смешивается с АБС и другими ингредиентами для образования некоторых типов прессованных «глиняных» чипов для покера . [29]Осажденный карбонат кальция, полученный путем капания оксида кальция в воду, используется сам по себе или с добавками в качестве белой краски, известной как побелка . [30] [31]

Карбонат кальция добавляют в широкий ассортимент торговых и самодельных клеев, герметиков и декоративных наполнителей. [27] Клеи для керамической плитки обычно содержат от 70% до 80% известняка. Заполнители для отделки трещин содержат аналогичный уровень мрамора или доломита. Он также смешивается со шпатлевкой при установке витражей и в качестве резиста, предотвращающего прилипание стекла к полкам печи при обжиге глазури и красок при высокой температуре. [32] [33] [34] [35] [36]

В керамической глазури приложений, карбонат кальция известен как путассу , [27] и представляет собой общий компонент для многих глазури в своей белой порошкообразной форме. Когда глазурь, содержащая этот материал, обжигается в печи, отбеливание действует как флюс в глазури. Молотый карбонат кальция является абразивом (как чистящим порошком, так и ингредиентом бытовых чистящих кремов), в частности, в его форме кальцита, который имеет относительно низкий уровень твердости 3 по шкале Мооса и, следовательно, не поцарапает стекло и большинство прочая керамика , эмаль , бронза , железо истали и оказывают умеренное воздействие на более мягкие металлы, такие как алюминий и медь . Пасты , сделанные из карбоната кальция и деионизированная вода может быть использована для очистки потускнения на серебре . [37]

Приложения для здоровья и питания [ править ]

Добавки кальция на 500 миллиграммов, сделанные из карбоната кальция

Карбонат кальция широко используется в медицине как недорогая пищевая добавка кальция к желудочным антацидам [38] (например, Tums ). Его можно использовать в качестве связывающего фосфата для лечения гиперфосфатемии (в первую очередь у пациентов с хронической почечной недостаточностью ). Он используется в фармацевтической промышленности в качестве инертного наполнителя для таблеток и других фармацевтических препаратов . [39]

Карбонат кальция используется в производстве оксида кальция, а также в зубной пасте и получил возрождение в качестве пищевого консерванта и фиксатора цвета при использовании в таких продуктах, как органические яблоки, или с ними. [40]

Карбонат кальция используется в терапевтических целях в качестве связывающего фосфата у пациентов, находящихся на поддерживающем гемодиализе . Это наиболее распространенная форма назначаемого фосфатного связывающего вещества, особенно при недиализной хронической болезни почек. Карбонат кальция является наиболее часто используемым связывающим фосфатом, но клиницисты все чаще назначают более дорогие фосфатсвязывающие средства не на основе кальция, особенно севеламер .

Избыток кальция из добавок, обогащенной пищи и диеты с высоким содержанием кальция может вызвать молочно-щелочной синдром , который имеет серьезную токсичность и может быть фатальным. В 1915 году Бертрам Сиппи ввел «режим сиппи» - ежечасное употребление молока и сливок и постепенное добавление яиц и вареных злаков в течение 10 дней в сочетании со щелочными порошками, что обеспечивало облегчение симптомов при язвенной болезни. В течение следующих нескольких десятилетий режим Сиппи привел к почечной недостаточности , алкалозу и гиперкальциемии , в основном у мужчин с язвенной болезнью. Эти побочные эффекты были обращены вспять, когда режим был прекращен, но у некоторых пациентов с затяжной рвотой это было фатальным. Молочно-щелочной синдром снизился у мужчин после эффективных методов лечениявозникла язвенная болезнь. С 1990-х годов чаще всего сообщалось о женщинах, принимающих добавки кальция сверх рекомендуемого диапазона 1,2–1,5 г в день для профилактики и лечения остеопороза [41] [42], и усугубляется обезвоживанием . Кальций был добавлен в безрецептурные продукты, что способствует непреднамеренному чрезмерному потреблению. Чрезмерное потребление кальция может привести к гиперкальциемии , осложнениями которой являются рвота, боли в животе и изменение психического статуса. [43]

В качестве пищевой добавки он обозначается E170 , [44] и имеет номер INS 170. Используемый в качестве регулятора кислотности , антислеживающего агента , стабилизатора или красителя, он одобрен для использования в ЕС, [45] США [46] и Австралия и Новая Зеландия . [47] Он используется в некоторых соевом молоке и миндальных молочных продуктах как источник диетического кальция; одно исследование предполагает, что карбонат кальция может быть столь же биодоступным, как и кальций в коровьем молоке.. [48] Карбонат кальция также используется в качестве укрепляющего агента во многих овощных консервах и бутылках.

Использование в сельском хозяйстве и аквакультуре [ править ]

Сельскохозяйственная известь , измельченный мел или известняк используется в качестве дешевого метода нейтрализации кислой почвы , что делает ее пригодной для посадки, также используется в аквакультуре для регулирования pH почвы пруда перед началом культивирования. [49]

Бытовое использование [ править ]

Карбонат кальция является ключевым ингредиентом многих бытовых чистящих порошков, таких как Comet, и используется в качестве чистящего средства.

Экологические приложения [ править ]

В 1989 году исследователь Кен Симмонс ввел CaCO 3 в Уэтстон-Брук в Массачусетсе . [50] Он надеялся, что карбонат кальция противодействует кислоте в ручье от кислотного дождя и спасет форель, которая перестала нереститься. Хотя его эксперимент был успешным, он увеличил количество ионов алюминия в области ручья, не обработанной известняком. Это показывает, что CaCO 3 может быть добавлен для нейтрализации воздействия кислотных дождей в речных экосистемах. В настоящее время карбонат кальция используется для нейтрализации кислых условий как в почве, так и в воде. [51] [52] [53] С 1970-х годов такое известкованиешироко применяется в Швеции для уменьшения подкисления, и несколько тысяч озер и ручьев неоднократно покрываются известью. [54]

Карбонат кальция также используется для десульфуризации дымовых газов, что исключает вредные выбросы SO 2 и NO 2 из угля и других ископаемых видов топлива, сжигаемых на крупных электростанциях, работающих на ископаемом топливе. [51]

Равновесие прокаливания [ править ]

Обжиг из известняка с использованием древесного угля пожаров для получения негашеной практикуется с древности культур во всем мире. Температура, при которой известняк дает оксид кальция, обычно составляет 825 ° C, но указание абсолютного порогового значения неверно. Карбонат кальция находится в равновесии с оксидом кальция и диоксидом углерода при любой температуре. При каждой температуре существует парциальное давление углекислого газа, которое находится в равновесии с карбонатом кальция. При комнатной температуре равновесие в подавляющем большинстве случаев благоприятствует карбонату кальция, потому что равновесное давление CO 2 составляет лишь крошечную долю от парциального давления CO 2. давление в воздухе, которое составляет около 0,035 кПа.

При температурах выше 550 ° C равновесное давление CO 2 начинает превышать давление CO 2 в воздухе. Таким образом, при температуре выше 550 ° C карбонат кальция начинает выделять CO 2 в воздух. Однако в печи, работающей на древесном угле, концентрация CO 2 будет намного выше, чем в воздухе. Действительно, если весь кислород в печи расходуется на огонь, то парциальное давление CO 2 в печи может достигать 20 кПа. [55]

Таблица показывает, что это парциальное давление не достигается, пока температура не достигнет почти 800 ° C. Чтобы дегазация CO 2 из карбоната кальция происходила с экономически целесообразной скоростью, равновесное давление должно значительно превышать давление CO 2 окружающей среды . А для того, чтобы это произошло быстро, равновесное давление должно превышать общее атмосферное давление в 101 кПа, что происходит при 898 ° C.

Равновесное давление CO 2 над CaCO 3 ( P ) в зависимости от температуры ( T ). [56]
P (кПа)0,0550,130,311,805.99,3142434517280911011799013961
Т (° C)55058760568072774877780083085287188189189893710821241

Растворимость [ править ]

С изменяющимся давлением CO 2 [ править ]

Отложения карбоната кальция травертина из горячего источника

Карбонат кальция плохо растворяется в чистой воде (47 мг / л при нормальном атмосферном парциальном давлении CO 2, как показано ниже).

Равновесие его раствора определяется уравнением (с растворенным карбонатом кальция справа):

CaCO 3 ⇌ Ca 2+ + CO2-
3		K sp =От 3,7 × 10 −9 до8,7 × 10 -9 при 25 ° С

где произведение растворимости для [Са 2+ ] [ CO2-
3] задается как любое из значений K sp =От 3,7 × 10 −9 до K уд =8,7 × 10 -9 при 25 ° C, в зависимости от источника данных. [56] [57] Уравнение означает, что произведение молярной концентрации ионов кальция ( молей растворенного Ca 2+ на литр раствора) на молярную концентрацию растворенного CO2-
3не может превышать значение K уд . Это, казалось бы, простое уравнение растворимости, однако, следует рассматривать вместе с более сложным равновесием диоксида углерода с водой (см. Угольная кислота ). Некоторые из СО2-
3соединяется с H + в растворе согласно

HCO-
3⇌ H + + CO2-
3   		К а2 =5,61 × 10 −11 при 25 ° С

HCO-
3известен как ион бикарбоната . Бикарбонат кальция во много раз более растворим в воде, чем карбонат кальция - на самом деле он существует только в растворе.

Некоторые из HCO-
3сочетается с H + в растворе согласно

H 2 CO 3 ⇌ H + + HCO-
3   		К а1 =2,5 × 10 -4 при 25 ° С

Некоторая часть H 2 CO 3 распадается на воду и растворенный диоксид углерода в соответствии с

H 2 O + CO 2 ( водн. ) ⇌ H 2 CO 3   K h =1,70 × 10 −3 при 25 ° С

А растворенный углекислый газ находится в равновесии с атмосферным углекислым газом согласно

где k H = 29,76 атм / (моль / л) при 25 ° C ( константа Генри ), P CO 2 - парциальное давление CO 2 .

Для окружающего воздуха P CO 2 составляет около3,5 × 10 -4 атмосферы (или эквивалентно 35  Па ). Последнее уравнение выше фиксирует концентрацию растворенного CO 2 как функцию P CO 2 , независимо от концентрации растворенного CaCO 3 . При атмосферном парциального давления СО 2 , растворенного СО 2 концентрация1,2 × 10 -5 моль на литр. Уравнение перед этим фиксирует концентрацию H 2 CO 3 как функцию концентрации CO 2 . Для [CO 2 ] =1,2 × 10 −5 , это дает [H 2 CO 3 ] =2,0 × 10 -8 моль на литр. Когда [H 2 CO 3 ] известен, оставшиеся три уравнения вместе с

Растворимость иона кальция как функция парциального давления CO 2 при 25 ° C ( K sp  = 4,47 × 10 −9 )
P CO 2 (атм)pH[Ca 2+ ] (моль / л)
10 −1212.05,19 × 10 −3
10 −1011,31,12 × 10 −3
10 −810,72,55 × 10 −4
10 −69,831,20 × 10 −4
10 −48,623,16 × 10 −4
3,5 × 10 −48,274,70 × 10 −4
10 −37,966,62 × 10 −4
10 -27.301,42 × 10 −3
10 -16,633,05 × 10 −3
15,966,58 × 10 −3
105.301,42 × 10 −2
Н 2 О ⇌ Н + + ОН -K = 10 −14 при 25 ° C

(что верно для всех водных растворов) и тот факт, что раствор должен быть электрически нейтральным,

2 [Ca 2+ ] + [H + ] = [ HCO-
3] + 2 [ CO2-
3] + [ОН - ]

позволяют одновременно решать оставшиеся пять неизвестных концентраций (обратите внимание, что приведенная выше форма уравнения нейтральности действительна только в том случае, если карбонат кальция контактировал с чистой водой или с раствором с нейтральным pH; в случае, когда исходная вода pH растворителя не является нейтральным, уравнение модифицировано).

В соседней таблице показаны результаты для [Ca 2+ ] и [H + ] (в форме pH) как функции парциального давления CO 2 в окружающей среде ( K sp =Для расчета было взято 4,47 × 10 −9 ).

  • Таблица показывает, что при атмосферных уровнях CO 2 в окружающей среде раствор будет слабощелочным с максимальной растворимостью в CaCO 3 47 мг / л.
  • По мере того, как парциальное давление CO 2 в окружающей среде снижается ниже атмосферного уровня, раствор становится все более и более щелочным. При чрезвычайно низком P CO 2 растворенный CO 2 , бикарбонат-ион и карбонат-ион в значительной степени испаряются из раствора, оставляя сильно щелочной раствор гидроксида кальция , который более растворим, чем CaCO 3 . Обратите внимание, что для P CO 2 = 10 −12  атм продукт [Ca 2+ ] [OH - ] 2 все еще ниже произведения растворимости Ca (OH) 2 (8 × 10 −6 ). При еще более низком давлении CO 2 осаждение Ca (OH) 2 будет происходить до осаждения CaCO 3 .
  • Когда парциальное давление CO 2 в окружающей среде увеличивается до уровней выше атмосферного, pH падает, и большая часть карбонат-иона превращается в бикарбонат-ион, что приводит к более высокой растворимости Ca 2+ .

Эффект последнего особенно заметен в повседневной жизни людей с жесткой водой. Вода в подземных водоносных горизонтах может подвергаться воздействию CO 2, намного превышающему атмосферный. Поскольку такая вода просачивается через породу карбоната кальция, CaCO 3 растворяется в соответствии со второй тенденцией. Когда та же самая вода выходит из-под крана, со временем она приходит в равновесие с уровнями CO 2 в воздухе, выделяя излишки CO 2 . В результате карбонат кальция становится менее растворимым, а его избыток осаждается в виде известкового налета. Этот же процесс ответственен за образование сталактитов и сталагмитов в известняковых пещерах.

Две гидратированные фазы карбоната кальция, моногидрокальцита CaCO 3 · H 2 O и икаита CaCO 3 · 6H 2 O, могут выпадать в осадок из воды в условиях окружающей среды и сохраняться в виде метастабильных фаз.

При изменении pH, температуры и солености: образование накипи CaCO 3 в плавательных бассейнах [ править ]

В отличие от описанного выше сценария открытого равновесия, многие бассейны управляются путем добавления бикарбоната натрия (NaHCO 3 ) примерно до 2 мМ в качестве буфера, а затем контроля pH с помощью HCl, NaHSO 4 , Na 2 CO 3 , NaOH или составы хлора, которые являются кислыми или основными. В этой ситуации растворенный неорганический углерод ( общий неорганический углерод ) далек от равновесия с атмосферным CO 2 . Движение к равновесию за счет дегазации CO 2 замедляется из-за

  1. медленная реакция
    H 2 CO 3 ⇌ CO 2 ( водн. ) + H 2 O; [58]
  2. ограниченная аэрация в глубокой толще воды; и
  3. периодическое пополнение бикарбоната для поддержания буферной емкости (часто оценивается путем измерения «общей щелочности» ).

В этой ситуации константы диссоциации для гораздо более быстрых реакций

H 2 CO 3 ⇌ H + + HCO-
3⇌ 2 H + + CO2-
3

позволяют прогнозировать концентрации каждого растворенного неорганического углерода в растворе на основе добавленной концентрации HCO-
3(что составляет более 90% видов на делянке Бьеррума от pH 7 до pH 8 при 25 ° C в пресной воде). [59] Добавление HCO-
3увеличит CO2-
3концентрация при любом pH. Преобразуя приведенные выше уравнения, мы видим, что [Ca 2+ ] =K sp/[ CO2-
3], и [ CO2-
3знак равно K a2 [ HCO-
3]/[H + ]. Следовательно, когда HCO-
3Если концентрация известна, максимальную концентрацию ионов Ca 2+ перед масштабированием через осаждение CaCO 3 можно предсказать по формуле:

Произведение растворимости для CaCO 3 ( К зр ) и констант диссоциации для растворенных неорганических соединений углерода ( в том числе K a2 ) все существенно зависит от температуры и солености , [59] с общим эффектом , что [Са 2+ ] макс возрастает от из пресной воды в соленую и уменьшается с повышением температуры, pH или уровня добавленного бикарбоната, как показано на прилагаемых графиках.

Тенденции иллюстративны для управления пулом, но происходит ли масштабирование, также зависит от других факторов, включая взаимодействие с Mg 2+ , B (OH).- 4и другие ионы в бассейне, а также эффекты перенасыщения. [60] [61] Накипь обычно наблюдается в электролитических генераторах хлора, где у поверхности катода высокий pH, а отложение накипи еще больше увеличивает температуру. Это одна из причин, по которой некоторые операторы бассейнов предпочитают борат бикарбонату в качестве основного буфера pH и избегают использования химикатов, содержащих кальций. [62]

Растворимость в сильном или слабом кислотном растворе [ править ]

В продаже имеются растворы сильной ( HCl ), умеренно сильной ( сульфаминовой ) или слабой ( уксусной , лимонной , сорбиновой , молочной , фосфорной ) кислот. Они обычно используются в качестве средств для удаления накипи для удаления известковых отложений. Максимальное количество CaCO 3, которое может быть «растворено» одним литром кислотного раствора, можно рассчитать, используя приведенные выше уравнения равновесия.

  • В случае сильной одноосновной кислоты с уменьшающейся концентрацией кислоты [A] = [A - ], мы получаем (с молярной массой CaCO 3 = 100 г / моль):
[A] (моль / л)110 -110 -210 −310 −410 −510 −610 −710 −10
Начальный pH0,001,002,003,004.005.006.006,797.00
Конечный pH6,757,257,758,148,258,268,268,268,27
Растворенный CaCO 3
( г / л кислоты)		50,05.000,5140,08490,05040,04740,04710,04700,0470
где начальное состояние - раствор кислоты без Ca 2+ (без учета возможного растворения CO 2 ), а конечное состояние - раствор с насыщенным Ca 2+ . Для сильных кислотных концентраций все частицы имеют пренебрежимо малую концентрацию в конечном состоянии по отношению к Ca 2+ и A -, так что уравнение нейтральности сокращается примерно до 2 [Ca 2+ ] = [A - ], что дает [Ca 2+ ] ≈1/2[A - ] . Когда концентрация уменьшается, [ HCO-
3] становится неотъемлемой частью, так что предыдущее выражение больше не действует. Для исчезающих концентраций кислоты можно восстановить конечный pH и растворимость CaCO 3 в чистой воде.
  • В случае слабой одноосновной кислоты (здесь мы берем уксусную кислоту с p K a = 4,76) при уменьшении общей концентрации кислоты [A] = [A - ] + [AH] , получаем:
[A] (моль / л)110 -110 -210 −310 −410 −510 −610 −710 −10
Начальный pH2.382,883,393,914,475,156.026,797.00
Конечный pH6,757,257,758,148,258,268,268,268,27
Растворенный CaCO 3
( г / л кислоты)		49,54,990,5130,08480,05040,04740,04710,04700,0470
При одинаковой общей концентрации кислоты начальный pH слабой кислоты менее кислый, чем pH сильной кислоты; однако максимальное количество CaCO 3, которое может быть растворено, примерно такое же. Это связано с тем, что в конечном состоянии pH больше, чем p K a , так что слабая кислота почти полностью диссоциирует, давая в конечном итоге столько же ионов H + , сколько сильная кислота, чтобы «растворить» карбонат кальция.
  • Расчет в случае фосфорной кислоты (которая наиболее широко используется в быту) более сложен, поскольку концентрации четырех состояний диссоциации, соответствующих этой кислоте, должны быть рассчитаны вместе с [ HCO-
    3    ], [ CO2-
    3    ], [Ca 2+ ], [H + ] и [OH - ]. Система может быть сведена к уравнению седьмой степени для [H + ], численное решение которого дает
[A] (моль / л)110 -110 -210 −310 −410 −510 −610 −710 −10
Начальный pH1.081,622,253,054.015.005,976,747.00
Конечный pH6,717,177,638.068,248,268,268,268,27
Растворенный CaCO 3
( г / л кислоты)		62,07,390,8740,1230,05360,04770,04710,04710,0470
где [A] = [H 3 PO 4 ] + [ H
2PO-
4] + [ HPO2-
4] + [ PO3-
4] - общая концентрация кислоты. Таким образом, фосфорная кислота более эффективна, чем монокислота, поскольку при конечном почти нейтральном pH концентрация во втором диссоциированном состоянии [ HPO2-
4] нельзя пренебречь (см. фосфорная кислота ).

См. Также [ править ]

Электронная микрофотография игольчатых кристаллов карбоната кальция, образовавшихся в виде накипи в чайнике.
  • Каракатица
  • Каракатица
  • Gesso
  • Известковый налет
  • Мрамор
  • Закисление океана
  • Мероприятие Whiting
  • Список тем климатической инженерии
  • Лизоклин

Ссылки [ править ]

  1. ^ Эйлуорд, Гордон; Финдли, Тристан (2008). SI Химическая книга данных (4-е изд.). Джон Уайли и сыновья Австралия. ISBN 978-0-470-81638-7.
  2. ^ Rohleder, J .; Крокер, Э. (2001). Карбонат кальция: от мелового периода до 21 века . Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-7643-6425-0.
  3. ^ Бенджамин, Марк М. (2002). Химия воды . Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-238390-4.
  4. ^ «Руководство по безопасности и гигиене труда для карбоната кальция» (PDF) . Департамент здравоохранения и социальных служб США . Проверено 31 марта 2011 года .
  5. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 29 октября 2018 года . Проверено 29 октября 2018 года . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  6. ^ a b Zumdahl, Стивен С. (2009). Химические принципы 6-е изд . Компания Houghton Mifflin. п. A21. ISBN 978-0-618-94690-7.
  7. ^ Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «# 0090» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  8. ^ «Осажденный карбонат кальция» . Архивировано из оригинального 11 января 2014 года . Проверено 11 января 2014 .
  9. ^ a b c d e Ropp, RC (6 марта 2013 г.). Энциклопедия щелочноземельных соединений . Эльзевир. С. 359–370. ISBN 9780444595508.
  10. ^ Демикелис, Рафаэлла; Райтери, Паоло; Гейл, Джулиан Д .; Довеси, Роберто (2013). «Множественные структуры ватерита». Рост и дизайн кристаллов . 13 (6): 2247–2251. DOI : 10.1021 / cg4002972 . ISSN 1528-7483 . 
  11. ^ Рассел, Дэниел Э. 17 февраля 2008 г. Получено 31 декабря 2010 г. " Исландская шахта из шпата Хельгустадир " mindat.org
  12. ↑ Хорн, Фрэнсис (23 октября 2006 г.). "Как создаются ракушки?" . Scientific American . Проверено 25 апреля 2012 года .
  13. ^ "Кальций раковины устрицы" . WebMD . Проверено 25 апреля 2012 года .
  14. ^ "Карбонат кальция раковины устрицы" . Caltron Clays & Chemicals. Архивировано из оригинального 10 сентября 2013 года . Проверено 25 апреля 2012 года .
  15. ^ Mangels, Энн Рид (4 июня 2014). «Питательные вещества для костей для вегетарианцев» . Американский журнал клинического питания . 100 (1): 469S – 475S. DOI : 10,3945 / ajcn.113.071423 . PMID 24898231 . CS1 maint: дата и год ( ссылка )
  16. ^ Бойнтон, Западная Вирджиния; Мин, DW; Kounaves, SP; и другие. (2009). «Доказательства наличия карбоната кальция в месте посадки на Марс Феникс» (PDF) . Наука . 325 (5936): 61–64. Bibcode : 2009Sci ... 325 ... 61B . DOI : 10.1126 / science.1172768 . PMID 19574384 . S2CID 26740165 .   
  17. ^ Кларк, Британская Колумбия, III; Арвидсон, RE; Gellert, R .; и другие. (2007). «Доказательства наличия монтмориллонита или его эквивалента по составу на холмах Колумбия, Марс» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 112 (E6): E06S01. Bibcode : 2007JGRE..112.6S01C . DOI : 10.1029 / 2006JE002756 . hdl : 1893/17119 .
  18. Перейти ↑ Weyl, PK (1959). «Изменение растворимости карбоната кальция в зависимости от температуры и содержания углекислого газа». Geochimica et Cosmochimica Acta . 17 (3–4): 214–225. Bibcode : 1959GeCoA..17..214W . DOI : 10.1016 / 0016-7037 (59) 90096-1 .
  19. ^ a b Trexler, D. (2001). «Формирование Два Медицины, Монтана: геология и фауна» . В Танке, DH; Карпентер, К. (ред.). Мезозойская жизнь позвоночных . Издательство Индианского университета. С.  298–309 . ISBN 978-0-253-33907-2.
  20. ^ Уорд, Питер (2006). Из воздуха: динозавры, птицы и древняя атмосфера Земли . DOI : 10.17226 / 11630 . ISBN 9780309666121.
  21. ^ «Эффекты кислотного дождя» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 14 марта 2015 года .
  22. ^ «Доменная печь» . Научная помощь. Архивировано из оригинала 17 декабря 2007 года . Проверено 30 декабря 2007 года .
  23. ^ Sfetcu Николай (2 мая 2014). Здоровье и лекарства: болезни, рецепты и лекарства . Николае Сфецу.
  24. ^ Макгиннис, Р. А. Свеклово-сахарная технология (2-е изд.). Фонд развития свекольного сахара. п. 178.
  25. ^ «Использование осажденного карбоната кальция» . Архивировано из оригинала 25 июля 2014 года.
  26. ^ "Наполнители исследования рынка, 2-е изд" . Черезана. Сентябрь 2011 г.
  27. ^ a b c d «Порошок карбоната кальция» . Прочтите передовые материалы. 4 февраля 2006 года Архивировано из оригинала 22 февраля 2008 года . Проверено 30 декабря 2007 года .
  28. ^ a b «Карбонат кальция в пластике» . Imerys Performance Minerals. Архивировано из оригинала 4 августа 2008 года . Проверено 1 августа 2008 года .
  29. ^ «Почему карбонат кальция играет важную роль в промышленности» . www.xintuchemical.com . Проверено 7 октября 2018 года .
  30. ^ "цена товара осажденного карбоната кальция" . www.dgci.be . Архивировано из оригинального 7 -го октября 2018 года . Проверено 7 октября 2018 года .
  31. ^ Jimoh, О.А.; и другие. (2017). «Понимание механизма производства осажденного карбоната кальция (PCC) и его характеристик в системе жидкость-газ с использованием суспензии извести извести (MOL)» (PDF) . Южноафриканский химический журнал . 70 : 1–7. DOI : 10.17159 / 0379-4350 / 2017 / v70a1 .
  32. ^ www.chemicalprocessing.com https://www.chemicalprocessing.com/experts/environmental-protection/show/533#:~:text=Calcium%20carbonate%20is%20also%20widely%20used%20as%20a%20filler%20in % 20plastics. & Text = Декорирование% 20crack% 20fillers% 20содержит% 20similar и% 20paints% 20at% 20high% 20tempera. Проверено 3 февраля 2021 года . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  33. ^ "Почему карбонат кальция играет важную роль в промышленности?" . www.xintuchemical.com . Проверено 3 февраля 2021 года .
  34. ^ «Карбонат кальция» . www.chemeurope.com . Проверено 3 февраля 2021 года .
  35. ^ «Карбонаты кальция / Кальцит / Известняк. CaCO3 | Минералы и химикаты Раджастана» . www.rmcl.co.in . Проверено 3 февраля 2021 года .
  36. ^ kamceramics.com http://kamceramics.com/portfolio/calcium-carbonate/ . Проверено 3 февраля 2021 года . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  37. ^ "Блог Исторического общества Огайо: Сделайте это сияющим" . Историческое общество Огайо. Архивировано из оригинального 23 марта 2012 года . Проверено 2 июня 2011 года .
  38. ^ «Карбонат кальция» . Медлайн Плюс . Национальные институты здоровья . 1 октября 2005 года Архивировано из оригинала 17 октября 2007 года . Проверено 30 декабря 2007 года .
  39. ^ Либерман, Герберт А .; Лахман, Леон; Шварц, Джозеф Б. (1990). Фармацевтические лекарственные формы: Таблетки . Нью-Йорк: Деккер. п. 153 . ISBN 978-0-8247-8044-9.
  40. ^ «Пищевые добавки - названия, начинающиеся с C» . Chemistry.about.com . 10 апреля 2012 года Архивировано из оригинала 16 октября 2006 года . Проверено 24 мая 2012 года .
  41. ^ Caruso JB, Patel RM, Julka K, приход DC (июль 2007). «Болезнь, вызванная здоровьем: возвращение молочно-щелочного синдрома» . J Gen Intern Med . 22 (7): 1053–5. DOI : 10.1007 / s11606-007-0226-0 . PMC 2219730 . PMID 17483976 .  
  42. ^ Beall DP, Henslee HB, Уэбб HR, Скофилд RH (май 2006). «Молочно-щелочной синдром: исторический обзор и описание современной версии синдрома». Являюсь. J. Med. Sci . 331 (5): 233–42. DOI : 10.1097 / 00000441-200605000-00001 . PMID 16702792 . S2CID 45802184 .  
  43. ^ Габриэли, Илан; Leu, James P .; Барзель, Уриэль С. (2008). «Решение клинических проблем, возвращение к основам». Медицинский журнал Новой Англии . 358 (18): 1952–6. DOI : 10.1056 / NEJMcps0706188 . PMID 18450607 . 
  44. ^ "E-числа: Карбонат кальция E170" . Food-Info.net . 080419 food-info.net
  45. ^ «Текущие добавки, одобренные ЕС, и их номера E» . Агентство по пищевым стандартам Великобритании . Проверено 27 октября 2011 года .
  46. ^ «Список пищевых добавок, часть I статуса» . США продовольствия и медикаментов . Архивировано из оригинального 14 марта 2013 года . Проверено 27 октября 2011 года .
  47. ^ «Стандарт 1.2.4 - Маркировка ингредиентов» . Кодекс пищевых стандартов Австралии и Новой Зеландии . Проверено 27 октября 2011 года .
  48. ^ Zhao, Y .; Мартин, BR; Уивер, CM (2005). «Биодоступность кальция соевого молока, обогащенного карбонатом кальция, у молодых женщин эквивалентна коровьему молоку» . Журнал питания . 135 (10): 2379–2382. DOI : 10.1093 / JN / 135.10.2379 . PMID 16177199 . 
  49. ^ Оутс, Джа (11 июля 2008). Известь и известняк: химия и технология, производство и использование . Джон Вили и сыновья. С. 111–113. ISBN 978-3-527-61201-7.
  50. ^ "Распределитель известняка борется с кислотным дождем в потоке" . Нью-Йорк Таймс . Ассошиэйтед Пресс . 13 июня 1989 г.
  51. ^ a b «Экологическое использование карбоната кальция» . Congcal . Проверено 5 августа 2013 года .
  52. Перейти ↑ Schreiber, RK (1988). «Совместные федеральные и государственные исследования известкования поверхностных вод, подвергшихся воздействию кислотных отложений» . Загрязнение воды, воздуха и почвы . 41 (1): 53–73. doi : 10.1007 / BF00160344 (неактивен 14 января 2021 г.).CS1 maint: DOI неактивен с января 2021 г. ( ссылка )
  53. ^ Кирхейс, Дэн; Дилл, Ричард (2006). «Влияние низкого pH и высокого содержания алюминия на смолтов атлантического лосося в Восточном штате Мэн и анализ осуществимости проекта известкования» (перепечатано в Федерации лосося Дауниста) . Национальная служба морского рыболовства и Комиссия по атлантическому лососю штата Мэн. [ постоянная мертвая ссылка ]
  54. ^ Guhrén, M .; Bigler, C .; Ренберг, И. (2006). «Известкование в долгосрочной перспективе: палеолимнологическое исследование 12 озер в рамках шведской программы известкования». Журнал палеолимнологии . 37 (2): 247–258. Bibcode : 2007JPall..37..247G . DOI : 10.1007 / s10933-006-9014-9 . S2CID 129439066 . 
  55. ^ "Осажденный карбонат кальция Solvay: Производство" . Solvay. 9 марта 2007 . Проверено 30 декабря 2007 года .
  56. ^ a b Lide, DR, ed. (2005). CRC Справочник по химии и физике (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  57. ^ «Избранные продукты растворимости и константы образования при 25 ° C» . Калифорнийский государственный университет, Домингес-Хиллз .
  58. ^ Ван, X .; Conway, W .; Burns, R .; McCann, N .; Мэдер, М. (2010). «Комплексное исследование реакций гидратации и дегидратации диоксида углерода в водном растворе». Журнал физической химии . 114 (4): 1734–40. Bibcode : 2010JPCA..114.1734W . DOI : 10.1021 / jp909019u . PMID 20039712 . 
  59. ^ a b Мук, W. (2000). «Химия углекислоты в воде». Экологические изотопы в гидрологическом цикле: принципы и применение (PDF) . Париж: INEA / ЮНЕСКО. С. 143–165. Архивировано 18 марта 2014 года из оригинального (PDF) . Проверено 18 марта 2014 .
  60. ^ Войтович, JA (1998). «Факторы, влияющие на осаждение карбоната кальция» (PDF) . Журнал индустрии бассейнов и спа . 3 (1): 18–23. Архивировано 18 марта 2014 года из оригинального (PDF) . Проверено 18 марта 2014 .
  61. ^ Войтович, JA (1998). «Исправления, возможные ошибки и значение индекса насыщения» (PDF) . Журнал индустрии бассейнов и спа . 3 (1): 37–40. Архивировано из оригинального (PDF) 24 августа 2012 года . Проверено 18 марта 2014 .
  62. Перейти ↑ Birch, RG (2013). «BABES: лучший метод, чем BBB» для бассейнов с генератором хлора в соленой воде » (PDF) . scithings.id.au .

Внешние ссылки [ править ]

  • Международная карта химической безопасности 1193
  • CID 516889 от PubChem
  • Коды УВД : A02AC01 ( ВОЗ ) и A12AA04 ( ВОЗ )
  • Британская ассоциация карбоната кальция - что такое карбонат кальция
  • CDC - Карманное руководство NIOSH по химическим опасностям - карбонат кальция