 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена | |
| Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ |
|
| ЧЭМБЛ | |
| ChemSpider | |
| DrugBank | |
| ECHA InfoCard | 100.029.000  |
| Номер ЕС |
|
| Номер E | E516 (регуляторы кислотности, ...) |
| 7487 | |
| КЕГГ | |
PubChem CID |
|
| Номер RTECS |
|
| UNII |
|
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
| Характеристики | |
| CaSO 4 | |
| Молярная масса | 136,14 г / моль (безводный) 145,15 г / моль (полугидрат) 172,172 г / моль (дигидрат) |
| Внешность | белое твердое вещество |
| Запах | без запаха |
| Плотность | 2,96 г / см 3 (безводный) 2,32 г / см 3 (дигидрат) |
| Температура плавления | 1460 ° С (2660 ° F, 1730 К) (безводный) |
Растворимость в воде | 0,21 г / 100 мл при 20 ° C (безводный) [1] 0,24 г / 100 мл при 20 ° C (дигидрат) [2] |
Произведение растворимости ( K уд ) | 4,93 × 10 −5 моль 2 л −2 (безводный) 3,14 × 10 −5 (дигидрат) [3] |
| Растворимость в глицерине | слаборастворимый (дигидрат) |
| Кислотность (p K a ) | 10,4 (безводный) 7,3 (дигидрат) |
Магнитная восприимчивость (χ) | -49,7 · 10 −6 см 3 / моль |
| Структура | |
Кристальная структура | ромбический |
| Термохимия | |
Стандартная мольная энтропия ( S | 107 Дж · моль −1 · K −1 [4] |
Std энтальпия формации (Δ F H ⦵ 298 ) | -1433 кДж / моль [4] |
| Опасности | |
| Паспорт безопасности | См .: страницу данных ICSC 1589 |
| NFPA 704 (огненный алмаз) |  1 0 0 |
| точка возгорания | Негорючий |
| NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
PEL (Допустимо) | TWA 15 мг / м 3 (всего) TWA 5 мг / м 3 (соответственно) [только для безводной формы] [5] |
REL (рекомендуется) | TWA 10 мг / м 3 (всего) TWA 5 мг / м 3 (соответственно) [только безводный] [5] |
IDLH (Непосредственная опасность) | ND [5] |
| Родственные соединения | |
Другие катионы | Сульфат магния Сульфат стронция Сульфат бария |
Связанные осушители | Хлорид кальция Сульфат магния |
Родственные соединения | Штукатурка Парижская Гипсовая |
| Страница дополнительных данных | |
Структура и свойства | Показатель преломления ( n ), диэлектрическая проницаемость (ε r ) и т. Д. |
Термодинамические данные | Фазовое поведение твердое тело – жидкость – газ |
Спектральные данные | УФ , ИК , ЯМР , МС |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 проверить ( что есть ?)  | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Сульфат кальция (или сульфат кальция ) представляет собой неорганическое соединение с формулой CaSO 4 и родственные гидраты . В форме γ- ангидрита ( безводная форма) он используется как осушитель . Один конкретный гидрат более известен как гипс , а другой встречается в естественных условиях как минеральный гипс . Он имеет множество применений в промышленности. Все формы представляют собой белые твердые вещества, которые плохо растворяются в воде. [6] Сульфат кальция вызывает постоянную жесткость воды.
Состояния гидратации и кристаллографические структуры [ править ]
Соединение существует на трех уровнях гидратации, соответствующих разным кристаллографическим структурам и различным минералам в природе:
- CaSO 4 ( ангидрит ): безводное состояние. [7]
- CaSO 4 · 2 H 2 O ( гипс и селенит (минерал) ): дигидрат. [8]
- CaSO 4 · 1 / 2 H 2 O ( бассанит ): полугидрат, также известный как гипс . Иногда выделяют специфические полугидраты: α-полугидрат и β-полугидрат. [9]
Использует [ редактировать ]
Основное применение сульфата кальция - производство гипса и лепнины . В этих применениях используется тот факт, что сульфат кальция, который был измельчен и кальцинирован, образует формуемую пасту при гидратации и затвердевает в виде кристаллического дигидрата сульфата кальция. Также удобно, что сульфат кальция плохо растворяется в воде и не растворяется легко при контакте с водой после его затвердевания.
Реакции гидратации и обезвоживания [ править ]
При разумном нагревании гипс превращается в частично обезвоженный минерал, называемый бассанитом или гипсом . Этот материал имеет формулу CaSO 4 · ( n H 2 O), где 0,5 ≤ n ≤ 0,8. [9]Температура от 100 до 150 ° C (212–302 ° F) необходима, чтобы отогнать воду внутри его конструкции. Детали температуры и времени зависят от влажности окружающей среды. При промышленном обжиге используются температуры до 170 ° C (338 ° F), но при этих температурах начинает образовываться γ-ангидрит. Тепловая энергия, передаваемая гипсу в это время (теплота гидратации), имеет тенденцию уходить в отвод воды (в виде водяного пара), а не на повышение температуры минерала, которая медленно повышается, пока вода не уйдет, а затем увеличивается быстрее. . Уравнение частичного обезвоживания:
- CaSO 4 · 2 H 2 O → CaSO 4 ·1/2Н 2 О + 1+1/2Н 2 О ↑
Эндотермическое свойство этой реакции имеет отношение к выполнению гипсокартона , придание огнестойкости жилым и другим сооружениям. При пожаре, структура за лист гипсокартона будет оставаться относительно холодным , как вода теряется из гипса, таким образом предотвращая (или , по существу , замедляющие) повреждение каркаса (через сгорания из древесины членов или потере прочности стали при высоких температурах) и последующий структурный коллапс. Но при более высоких температурах сульфат кальция выделяет кислород и действует как окислитель . Это свойство используется в алюминотермии.. В отличие от большинства минералов, которые при регидратации просто образуют жидкие или полужидкие пасты или остаются порошкообразными, кальцинированный гипс имеет необычное свойство: при смешивании с водой при нормальной (окружающей) температуре он быстро химически превращается в предпочтительную форму дигидрата, при физическом «схватывании» с образованием жесткой и относительно прочной кристаллической решетки гипса:
- CaSO 4 ·1/2Н 2 О + 1+1/2H 2 O → CaSO 4 · 2 H 2 O
Эта реакция является экзотермической и отвечает за легкость, с которой из гипса можно отливать различные формы, включая листы (для гипсокартона ), палочки (для мела для школьной доски) и формы (для иммобилизации сломанных костей или для литья металла). Смешанный с полимерами, он использовался в качестве цемента для восстановления костей. Небольшое количество кальцинированного гипса добавляют в землю для создания прочных конструкций непосредственно из литой земли , альтернативы саману (который теряет свою прочность при намокании). Условия дегидратации можно изменить, чтобы отрегулировать пористость полугидрата, что приведет к так называемым α- и β-полугидратам (которые более или менее химически идентичны).
При нагревании до 180 ° C (356 ° F) образуется почти безводная форма, называемая γ-ангидритом (CaSO 4 · n H 2 O, где n = от 0 до 0,05). γ-Ангидрит медленно реагирует с водой, возвращаясь в дигидратное состояние, свойство, используемое в некоторых коммерческих осушителях . При нагревании выше 250 ° C образуется полностью безводная форма, называемая β-ангидритом или «природным» ангидритом . Природный ангидрит не вступает в реакцию с водой даже в геологических масштабах, если только его не измельчить очень мелко.
Переменный состав полугидрата и γ-ангидрита и их легкое взаимное превращение обусловлено их почти идентичными кристаллическими структурами, содержащими «каналы», которые могут вмещать переменные количества воды или других небольших молекул, таких как метанол .
Пищевая промышленность [ править ]
Гидраты сульфата кальция используются в качестве коагулянта в таких продуктах, как тофу . [10]
Для FDA это разрешено в сырах и родственных сырных продуктах; Зерновая мука; Выпечка; Замороженные десерты; Искусственные подсластители для желе и консервов; Приправы для овощей; и приправы для помидоров и некоторых конфет. [11]
В серии номеров E он известен как E516 , и ФАО знает его как укрепляющий агент, агент обработки муки, секвестрант и разрыхлитель. [11]
Стоматология [ править ]
Сульфат кальция давно используется в стоматологии. [12] Он использовался при регенерации кости в качестве материала трансплантата и связующего / расширителя трансплантата, а также в качестве барьера при направленной регенерации тканей. Это необычно биосовместимый материал, который полностью рассасывается после имплантации. Он не вызывает значительной реакции хозяина и создает богатую кальцием среду в области имплантации. [13]
Другое использование [ править ]
При продаже в безводном состоянии в качестве осушителя с показывающим цвет агентом под названием дриерит он выглядит синим (безводный) или розовым (гидратированный) из-за пропитки хлоридом кобальта (II) , который функционирует как индикатор влажности.
Вплоть до 1970-х годов коммерческие количества серной кислоты производились в Уайтхейвене ( Камбрия , Великобритания) из безводного сульфата кальция. После смешивания со сланцем или мергелем и обжига сульфат выделяет газообразный триоксид серы , предшественник при производстве серной кислоты , реакция также дает силикат кальция , минеральную фазу, необходимую для производства цементного клинкера . [14]
- CaSO 4 + SiO 2 → CaSiO 3 + SO 3
Производство и возникновение [ править ]
Основными источниками сульфата кальция являются природный гипс и ангидрит , которые встречаются во многих местах по всему миру в виде эвапоритов . Их можно добывать открытым способом или глубокой добычей. Мировое производство натурального гипса составляет около 127 миллионов тонн в год. [15]
Помимо природных источников, сульфат кальция производится как побочный продукт в ряде процессов:
- При десульфуризации дымовых газов выхлопные газы электростанций, работающих на ископаемом топливе, и других процессов (например, производства цемента) очищаются для снижения содержания в них оксида серы путем впрыскивания мелко измельченного известняка или извести . При этом образуется нечистый сульфит кальция , который при хранении окисляется до сульфата кальция.
- При производстве фосфорной кислоты из фосфатной руды фосфат кальция обрабатывают серной кислотой и осаждают сульфат кальция.
- В производстве фтористого водорода , фторид кальция обрабатывают серной кислотой, осаждение сульфата кальция.
- При рафинировании цинка растворы сульфата цинка обрабатывают гашеной известью для совместного осаждения тяжелых металлов, таких как барий .
- Сульфат кальция также можно извлечь и повторно использовать из лома гипсокартона на строительных площадках.
Эти процессы осаждения имеют тенденцию концентрировать радиоактивные элементы в сульфате кальция. Эта проблема особенно актуальна для фосфатных побочных продуктов, поскольку фосфатные руды в природе содержат уран и продукты его распада, такие как радий-226 , свинец-210 и полоний-210 .
Сульфат кальция также является частым компонентом загрязняющих отложений в промышленных теплообменниках, поскольку его растворимость уменьшается с повышением температуры (см. Специальный раздел о ретроградной растворимости).
Ретроградная растворимость [ править ]
Растворение различных кристаллических фаз сульфата кальция в воде является экзотермическим и выделяет тепло (уменьшение энтальпии : ΔH <0). Как непосредственное следствие, для продолжения реакции растворения необходимо отвести это тепло, которое можно рассматривать как продукт реакции. Если система охлаждается, равновесие растворения будет развиваться вправо в соответствии с принципом Ле Шателье.и сульфат кальция будет легче растворяться. Таким образом, растворимость сульфата кальция увеличивается при понижении температуры. Если температура системы повышается, тепло реакции не может рассеиваться, и равновесие регрессирует влево в соответствии с принципом Ле Шателье. Таким образом, растворимость сульфата кальция снижается при повышении температуры. Это противоречащее интуиции поведение растворимости называется ретроградной растворимостью. Это менее распространено, чем для большинства солей, реакция растворения которых является эндотермической (т. Е. Реакция потребляет тепло: увеличение энтальпии : ΔH> 0) и чья растворимость увеличивается с температурой. Другое соединение кальция, гидроксид кальция (Ca (OH) 2 , портландит) также демонстрирует ретроградную растворимость по той же термодинамической причине: потому что реакция его растворения также является экзотермической и выделяет тепло. Таким образом, чтобы растворить большее количество сульфата или гидроксида кальция в воде, необходимо охладить раствор до точки его замерзания, а не повышать его температуру.
Ретроградная растворимость сульфата кальция также ответственна за его осаждение в самой горячей зоне систем отопления и за его вклад в образование накипи в котлах наряду с осаждением карбоната кальция , растворимость которого также уменьшается, когда CO 2 дегазируется из горячей воды или воды. сбежать из системы.
На планете Марс [ править ]
Находки 2011 года марсохода Opportunity на планете Марс показывают форму сульфата кальция в жиле на поверхности. Изображения предполагают, что минерал - это гипс . [16]
См. Также [ править ]
- Сульфат кальция (страница данных)
- Алебастр
- Ангидрит
- Bathybius haeckelii
- Мел (карбонат кальция)
- Гипс
- Гипсовая штукатурка
- Фосфогипс
- Селенит (минерал)
- Обессеривание дымовых газов
Ссылки [ править ]
- ^ С. Ганголли (1999). Словарь веществ и их эффекты: C . Королевское химическое общество. п. 71. ISBN 978-0-85404-813-7.
- ^ Американское химическое общество (2006). Реагент химикаты: спецификации и процедуры: спецификации Американского химического общества, официальная с 1 января 2006 года . Издательство Оксфордского университета. п. 242. ISBN. 978-0-8412-3945-6.
- ^ DR Linde (редактор) "Справочник CRC по химии и физике", 83-е издание, CRC Press, 2002
- ^ a b Zumdahl, Стивен С. (2009). Химические принципы 6-е изд . Компания Houghton Mifflin. п. A21. ISBN 978-0-618-94690-7.
- ^ a b c Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0095» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ Франц Виршинг «Сульфат кальция» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2012 Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a04_555
- ^ Морикава, H .; Минато, I .; Томита, Т .; Иваи, С. (1975). «Ангидрит: изысканность». Acta Crystallographica Раздел B . 31 (8): 2164. DOI : 10,1107 / S0567740875007145 .
- ^ Коул, ВФ; Lancucki, CJ (1974). «Уточнение кристаллической структуры гипса CaSO 4 · 2H 2 O» . Acta Crystallographica Раздел B . 30 (4): 921. DOI : 10,1107 / S0567740874004055 .
- ^ a b Тейлор HFW (1990) Химия цемента . Academic Press, ISBN 0-12-683900-X , стр. 186-187.
- ^ "О коагулянте тофу" . www.soymilkmaker.com . Sanlinx Inc. 31 августа 2015 г.
- ^ a b «Резюме соединения для CID 24497 - сульфат кальция» . PubChem.
- ^ Титус, Гарри У .; Макнелли, Эдмунд; Хилберг, Франк К. (1933-01-01). «Влияние карбоната кальция и сульфата кальция на развитие костей» . Птицеводство . 12 (1): 5–8. DOI : 10.3382 / ps.0120005 . ISSN 0032-5791 .
- ^ «Двухфазный сульфат кальция - Обзор» . Биоматериалы Augma . 2020-03-25 . Проверено 16 июля 2020 .
- ^ Археологические исследования побережья Уайтхэвена
- ^ Гипс , Геологическая служба США, 2008 г.
- ^ "Марсоход NASA Mars Opportunity находит минеральную жилу, отложенную водой" . Лаборатория реактивного движения НАСА. 7 декабря 2011 . Проверено 23 апреля 2013 года .
Внешние ссылки [ править ]
- Международная карта химической безопасности 1215
- Карманный справочник NIOSH по химической опасности
