Ανθρακικό ασβέστιο

Το ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3) είναι μια ανόργανη χημική ένωση που αποτελείται από ασβέστιο, άνθρακα και οξυγόνο. Υπό κανονικές θερμοκρασίες και πιέσεις, αυτή η διατομική χημική ουσία μοιάζει με μια λεπτή λευκή σκόνη και είναι κυρίως άγευστη και άοσμη.

Φυσική περιγραφή

Το ανθρακικό ασβέστιο είναι μια λευκή, άοσμη σκόνη και μπορεί να πάρει ακόμη και τη μορφή άχρωμων κρυστάλλων. Πρακτικά αδιάλυτο στο νερό, μπορεί να βρεθεί σε πετρώματα. Η εξόρυξη ασβεστόλιθου αποδίδει αλεσμένο ανθρακικό ασβέστιο. Όταν εκχυλίζεται, το ανθρακικό διατηρεί υψηλό βαθμό καθαρότητας και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως λεπτή σκόνη ή ως πολτός. Το κατακρημνισμένο ανθρακικό ασβέστιο είναι υποπροϊόν της διαδικασίας Solvay ή κατασκευάζεται βιομηχανικά με αποσύνθεση ασβεστόλιθου σε οξείδιο του ασβεστίου και στη συνέχεια επανανθρακοποίησή του (το οποίο χρησιμοποιείται για την παραγωγή ανθρακικού νατρίου). Όσον αφορά την καθαρότητα, το καταβυθισμένο ανθρακικό ασβέστιο είναι ανώτερο από το αλεσμένο ανθρακικό ασβέστιο.

Το ανθρακικό ασβέστιο είναι το κύριο συστατικό των κελύφους των αυγών, των κελυφών των γαστερόποδων, των σκελετών από κοχύλια και των μαργαριταριών. Βρίσκεται επίσης σε κόκαλα οστρακοειδών και μαργαριτάρια. Το ανθρακικό ασβέστιο δημιουργείται από ιόντα ασβεστίου σκληρού νερού που συνδυάζονται με ανθρακικά ιόντα για να σχηματίσουν άλατα ασβεστίου. Παρά τις ιατρικές του χρήσεις ως συμπλήρωμα ασβεστίου ή ως αντιόξινο, η υπερβολική χρήση μπορεί να προκαλέσει υπερασβεστιαιμία και πεπτικά προβλήματα.

Χημικές ιδιότητες του ανθρακικού ασβεστίου

Μοριακό βάρος:100,09 g/mol

Αριθμός δοτών δεσμών υδρογόνου:0

Αριθμός αποδεκτών δεσμών υδρογόνου:3

Αριθμός περιστρεφόμενων δεσμών:0

Αριθμός βαρέων ατόμων:5

Αριθμός ατόμων ισοτόπων:0

Τύποι ανθρακικού ασβεστίου

Ο ασβεστίτης, ο αραγωνίτης και ο βατερίτης είναι οι τρεις πολυμορφικές μορφές ανθρακικού ασβεστίου που μπορούν να βρεθούν στο φλοιό της γης.

Ασβεστίτης

Ο ασβεστίτης είναι η λιγότερο διαλυτή και η λιγότερο σταθερή μορφή ανθρακικού ασβεστίου. Είναι ένα ορυκτό που βρίσκεται σε ιζηματογενή, μεταμορφωμένα και πυριγενή πετρώματα όπως ο ασβεστόλιθος και το μάρμαρο. Χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένων των κατασκευών, της γεωργίας και των φαρμακευτικών προϊόντων.

Vaterite

Ο Vaterite έχει εξαγωνική μορφή. Αν και λιγότερο σταθερό από τον ασβεστίτη και τον αραγωνίτη, έχει υψηλότερη διαλυτότητα από αυτά τα ορυκτά. Μπορεί να βρεθεί στη φύση σε διάφορα μέρη, συμπεριλαμβανομένων των πηγών, των οργανικών ιστών, των λίθων του ουροποιητικού, των χολόλιθων και των φυτών. Χρησιμοποιείται σε αναγεννητικά φάρμακα καθώς και σε είδη προσωπικής φροντίδας.

Αραγονίτης

Ο αραγωνίτης είναι πιο διαλυτός και λιγότερο σταθερός από τον ασβεστίτη. Σχηματίζεται από βιολογικές και φυσικές διεργασίες τόσο στο γλυκό όσο και στο θαλάσσιο περιβάλλον. Ο αραγωνίτης τροφοδοτεί τη βιοποικιλότητα της θάλασσας και βοηθά στη διατήρηση των επιπέδων pH υπό έλεγχο. Αφαιρεί ρύπους όπως ψευδάργυρο, κοβάλτιο και μόλυβδο από τα λύματα.

Δομή ανθρακικού ασβεστίου

Υπό τυπικές συνθήκες, η εξαγωνική κρυσταλλική δομή -CaCO3 είναι η πιο θερμοδυναμικά σταθερή δομή του ανθρακικού ασβεστίου (ορυκτός ασβεστίτης). Μπορούν να δημιουργηθούν και άλλες μορφές ανθρακικού ασβεστίου, συμπεριλαμβανομένου του πιο πυκνού (2,83 g/cm3) ορθορομβικού -CaCO3 (που βρίσκεται στον αραγωνίτη) και του εξαγωνικού -CaCO3 (που βρίσκεται στον βατερίτη), το οποίο είναι λιγότερο πυκνό. Ο αραγονίτης μπορεί να σχηματιστεί με καθίζηση σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 85 βαθμούς Κελσίου, ενώ ο βατερίτης μπορεί να σχηματιστεί με καθίζηση σε θερμοκρασίες μικρότερες από 60 βαθμούς Κελσίου. Τα άτομα ασβεστίου στον ασβεστίτη συνδέονται με έξι άτομα οξυγόνου. Τα άτομα ασβεστίου στον αραγωνίτη συνδέονται με εννέα άτομα οξυγόνου. Ο ασβεστίτης αποτελείται από άτομα ασβεστίου που συντονίζονται με έξι άτομα οξυγόνου. Η δομή του βατερίτη δεν είναι ακόμη πλήρως γνωστή. Ενώ τόσο το ανθρακικό στρόντιο (SrCO3) όσο και το ανθρακικό βάριο (BaCO3) δέχονται τη δομή του ασβεστίτη, το ανθρακικό μαγνήσιο (MgCO3) υιοθετεί τη δομή του αραγωνίτη, η οποία αντανακλά τη μεγαλύτερη ιοντική ακτίνα ανθρακικού στροντίου και ανθρακικού βαρίου.

Παρασκευή ανθρακικού ασβεστίου

Μεγάλο ποσοστό του ανθρακικού ασβεστίου που χρησιμοποιείται στις βιομηχανίες εξορύσσεται ή εξορύσσεται από τον φλοιό της γης. Το στερεό ανθρακικό ασβέστιο (για μαγειρικές ή ιατρικές εφαρμογές, για παράδειγμα) μπορεί να κατασκευαστεί από καθαρό πόρο λατομείου (συνήθως μάρμαρο).

1) Ως πρώτες ύλες, ο σβησμένος ασβέστης και το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιούνται κυρίως για την παραγωγή ανθρακικού ασβεστίου. Ο ασβεστίτης σχηματίζεται όταν ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα μεταφέρεται μέσω σβησμένου ασβέστη και εξατμίζεται. Μια άλλη τεχνική λήψης ασβεστίτη είναι η προσθήκη ανθρακικού νατρίου σε χλωριούχο ασβέστιο, το οποίο είναι μια χημική αντίδραση.

CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl

Ca (OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Το όξινο ανθρακικό ασβέστιο σχηματίζεται όταν απελευθερώνονται υπερβολικές ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα.

2) Είναι δυνατό να παραχθεί σε μεγάλη κλίμακα με ροή αερίου διοξειδίου του άνθρακα πάνω από διάλυμα υδροξειδίου του ασβεστίου (αλλιώς ονομάζεται σβησμένος ασβέστης). Ωστόσο, εάν υπάρχει υπερβολική ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα, οδηγεί στη δημιουργία διαλυτού όξινου ανθρακικού ασβεστίου, το οποίο είναι τοξικό.

Ca (OH)2 + CO2→ CaCO3 + H2O

Χημικές αντιδράσεις

Το ανθρακικό ασβέστιο παρουσιάζει πολλά από τα ίδια χαρακτηριστικά με άλλα ανθρακικά. Αυτά περιλαμβάνουν:

● Όταν έρχεται σε επαφή με οξέα, απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα

CaCO3(s) + 2 H+(aq) → Ca2+(aq) + CO2(g) + H2O(l)

● Η θερμική διάσπαση του ανθρακικού ασβεστίου συμβαίνει όταν η ένωση θερμαίνεται σε θερμοκρασία άνω των 840 βαθμών Κελσίου, παράγοντας οξείδιο του ασβεστίου (κοινώς γνωστό ως άσβεστος), με ενθαλπία της διαδικασίας ίση ή μεγαλύτερη από 178 κιλά ανά mol ανθρακικού ασβεστίου.

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

● Το ανθρακικό ασβέστιο συνδυάζεται με νερό κορεσμένο με διοξείδιο του άνθρακα για να δημιουργήσει διαλυτό όξινο ανθρακικό ασβέστιο και στη συνέχεια διαλυτό ξανά στο νερό.

CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) → Ca(HCO3)2(aq)

Συμπέρασμα

Το ανθρακικό ασβέστιο χρησιμοποιείται στην αρχιτεκτονική και τα κτίρια με τη μορφή μαρμάρου. Υπάρχει επίσης σε διάφορους τύπους τσιμέντου. Περαιτέρω, χρησιμοποιείται στην κατασκευή πλακιδίων και κονιαμάτων, επιστρώσεων και άλλων αναστολέων διάβρωσης, κόλλες και βαφές, και ούτω καθεξής. Το ανθρακικό ασβέστιο εξουδετερώνει επίσης τα οξέα.