Карбонат кальцію - біологія
825–899 ° C (розкладання) [2]
практично не розчиняється у воді: 14 мг л -1 (20 ° C) [2]
6450 мг кг -1 (щур, перорально) [3]
Карбонат кальцію (технічна мова), карбонат кальцію або в німецькій тривіальній назві карбонат вапна, є хімічною сполукою елементів кальцію, вуглецю та кисню з хімічною формулою CaCO3. Як карбонат, він є кальцієвою сіллю вугільної кислоти і у твердому стані складається з іонної решітки з іонами Ca 2+ та іонами CO3 2− у співвідношенні 1: 1.
Виникнення
Карбонат кальцію - одна з найпоширеніших сполук на землі, особливо у вигляді осадових порід. Карбонат кальцію зустрічається переважно у формі мінералів кальциту та арагоніту. Ще однією модифікацією CaCO3 є мінерал ватерит, який випадає в осад у вигляді мікроскопічних кристалів, особливо з перенасичених розчинів.
Карбонат кальцію є основним компонентом мармуру, вапняку та доломіту, він зустрічається в екзоскелеті ракоподібних, коралів, мідій, равликів та одноклітинних організмів. Перші вапнякові породи будь-якого значного розміру були сформовані строматолітами понад два мільярди років тому.
Всупереч поширеній думці, кістки і зуби хребетних не містять карбонату кальцію, а кальцієвмісні речовини гідроксилапатит (у кістках) [4] та фторапатит у зубах.
характеристики
Сам карбонат кальцію важко розчиняється в чистій воді. Однак у присутності розчиненого вуглекислого газу розчинність збільшується більш ніж у сто разів. На цьому ефекті базується вивітрювання вапняку, завдяки якому утворюється легкорозчинний гідрокарбонат кальцію Са (HCO3) 2. Через свою розчинність гідрокарбонат кальцію є складовою більшості природних вод, залежно від породи в різних концентраціях. Концентрація карбонату кальцію у воді вказана в Німеччині як "ступінь німецької твердості" (1 ° dH = 10 мг/л CaO або 17,85 мг/л CaCO3 або 0,18 ммоль/л). У Франції одиницею виміру є "градуси французької твердості" з іонами 1 ° fH = 0,1 ммоль/л Ca 2+ або Mg 2+. У Швейцарії застосовується або пряме зазначення ммоль/л, або французька твердість. Карбонат кальцію розчиняється також іншими кислими складовими повітря і шляхом нітрифікації в ґрунті. Більшість природних явищ карбонату кальцію зобов’язані своїм походженням зворотним процесом розчинення, видаленням вуглекислого газу за рахунок підвищення температури. Складний механізм, який видно в деяких водотоках, таких як вапнякові тераси в Памуккале (Туреччина), визначається вапняно-вуглекислим балансом.
Модифікації в природі
У природі карбонат кальцію утворює різні гірські породи, які хімічно однакові, але певним чином відрізняються.
- це дрібна мікрокристалічна осадова порода, яка утворилася в результаті осадження кальциту, осадженого фотосинтетичним видаленням вугільної кислоти, та арагонітових оболонок дрібних викопних організмів, таких як коколіти коколітофорів та оболонки форамініфер. Крейда зустрічається в численних місцях уздовж європейського крейдяного поясу - від Великобританії до Франції до острова Рюген на півночі Німеччини і місцями видобувається. Морська крейда на дні озер або в замулених озерних басейнах майже повністю складається з осадженого кальциту. Крейда для дошки, що використовується в технологіях, з іншого боку, в основному виготовляється з гіпсу (сульфату кальцію).
також в основному утворений живими істотами і є більш твердим, ніж крейда. Осадження кальцію відбувається прямо або опосередковано із залишків живих істот, таких як равлики, мідії, породоутворюючі корали та губки, які відкладають карбонат кальцію для формування зовнішніх або внутрішніх скелетів. Воно утворюється опосередковано тим, що живі організми, особливо фототрофні, засвоюють СО2 і тим самим підщелачують довкілля, що призводить до осадження карбонату кальцію. Розмір кристалів карбонату знаходиться між розміром крейди та мармуру. Великі родовища вапняку можна знайти, наприклад, у Швабській і Франконійській Альбах, у Вапнякових Альпах і Західних Альпах, в Гімалаях і в багатьох інших районах.
являє собою крупнокристалічну метаморфічну породу, яка утворюється при перекристалізації крейди, вапняку або доломіту під впливом високих температур та/або високого тиску (понад 1000 бар). Великі родовища мармуру можна знайти в Північній Америці та Європі, наприклад, в Австрії (Гуммерн), Норвегії (Мольде) або в Каррарі, Італія, будинку чисто білої статуї, з якої Мікеланджело створив свої скульптури.
Синтетичний карбонат кальцію
Синтетичний карбонат кальцію називається PCC (Англійська осаджений карбонат кальцію "Обложений карбонат кальцію") - на відміну від GCC (англ. мелений карбонат кальцію "Мелений карбонат кальцію"). Він осаджується шляхом введення вуглекислого газу у вапняне молоко (гідроксид кальцію) і таким чином отримується у вигляді осаду:
Опади відбуваються при вмісті твердих речовин близько 20%. Різні кристалічні модифікації (кристалічні морфології) можна генерувати («вирощувати») за допомогою процесу управління (температура, концентрація), переважно ромбоедричної або масштабоедричної кристалічної форми. Оскільки можна використовувати високочисті вихідні продукти, PCC особливо білого кольору, а також мають переваги щодо непрозорості. Зараз великі паперові фабрики виробляють ПХК у “мережі” шляхом відновлення вуглекислого газу, який утворюється у вигляді димових газів під час згоряння на електростанціях, зв’язуючи його з гідроксидом кальцію. Однак це не робить жодного внеску у зменшення концентрації вуглекислого газу в атмосфері (зміна клімату), оскільки природний вапняк повинен спалюватися під час необхідного раніше виробництва гідратного вапна, який знову виділяє СО2.
використання
Натуральний карбонат кальцію (вапняк) у великих кількостях використовується як сировина для промисловості будівельних матеріалів, як добавка в металургійній промисловості, як мінеральне добриво і як мінеральний наповнювач у різних галузях промисловості, таких як папір, фарби, лаки, штукатурки, пластики та підкладка килимів. Загалом щороку видобувається понад п’ять мільярдів тонн вапняку. Основним використанням є виробництво цементу (силікату кальцію, алюмінату кальцію) та негашеного вапна.
Карбонат кальцію є найважливішим наповнювачем за обсягом, що продається у всьому світі. [5] Хоча понад п'ять відсотків земної кори складаються з карбонатних порід кальцію, лише кілька родовищ придатні для вилучення наповнювачів, які повинні бути якомога білішими. Найбільшим промисловим споживачем карбонатів білого кальцію є паперова промисловість із кількістю понад 10 мільйонів тонн (у всьому світі) на рік, за якою слідує промисловість пластмас та будівельних матеріалів (штукатурки та фарби) із загальною кількістю ще 15 мільйонів тонн на рік. Для використання в паперовій промисловості, особливо як фарби для покриття, родовища у Франції, Італії, Німеччині, Норвегії та Австрії, зокрема, видобуваються в Європі, в результаті чого мінерал подрібнюється вологим помелом і продається у вигляді суспензії (іноді танкером).
Карбонат кальцію також використовувався як крейда для дошки, особливо у Франції як т. Зв Крейда з шампанським, який складається з крейдяної породи, хімічно дуже чистого карбонату кальцію. Близько 55 відсотків крейди, що продається сьогодні в Німеччині, складається з гіпсу (сульфату кальцію). [6]
Карбонат кальцію використовується як харчова добавка та фарбувальний засіб (Е 170) і часто використовується, наприклад, під час випікання булочок. Для інших застосувань карбонат кальцію розбивається та/або подрібнюється і продається шматками або у вигляді борошна. Для деяких застосувань природні карбонати кальцію не є оптимальними, тому тут використовуються синтетичні карбонати кальцію.
З етикеткою Гідро-кальцит Синтетичний карбонат кальцію використовується у водних технологіях для знекислення води "агресивною вугільною кислотою".
Будівельний матеріал
Спалювання вапна створює вогняне вапно. Це стає гідратованим вапном (гідроксид кальцію Ca (OH) 2, гашене вапно) виготовлений. З вуглекислим газом у повітрі він реагує з утворенням вапна і закриває його технічний цикл вапна. Гідратоване вапно та вапно підходять в якості штукатурних або стінових покриттів, таких як Таделакт. Першими відкривачами цього явища стали римляни, які широко експлуатували вапняні печі.
Вапно чутливе до кислот. Оксиди сірки, що містяться в повітрі, утворюють сірчану кислоту (H2SO4) у водному середовищі. Це перетворює вапно в сульфат кальцію (CaSO4) або гіпс (CaSO4 • 2 H2O). Сульфат кальцію також слабо розчинний у воді приблизно 2 г/л, але більш розчинний, ніж карбонат кальцію, що призводить до повільного вимивання вологою.