Получение карбоната кальция всеми возможными способами

Карбонат кальция: способы получения и химические свойства

Карбонат кальция CaCO₃ — соль кальция и угольной кислоты. Белый, при прокаливании разлагается, плавится без разложения под избыточным давлением CO₂. Практически не растворяется в воде.

Относительная молекулярная масса M_r = 100,09; относительная плотность для тв. и ж. состояния d= 2,93; t_пл = 1242º C при избыточном давлении.

Способ получения

1. Карбонат кальция можно получить путем взаимодействия хлорида кальция и карбоната кальция , образуется карбонат кальция и хлорид натрия:

2. В результате взаимодействия при комнатной температуре оксида кальция и углекислого газа происходит образование карбоната кальция:

3. Гидроксид кальция вступает в взаимодействие с углекислым газом и образует карбонат кальция и воду:

Качественная реакция

Качественная реакция на карбонат кальция — взаимодействие его с раствором сильных кислот. В результате реакции происходит бурное выделение углекислого газа, образование которого можно проверить, если пропустить его через известковую воду, которая мутнеет из-за образования осадка:

1. При взаимодействии с хлороводородной кислотой, карбонат кальция образует хлорид кальция, углекислый газ и воду:

Химические свойства

1. Карбонат кальция разлагается при температуре выше 900 — 1200º С, с образованием оксида кальция и углекислого газа:

2. Карбонат кальция вступает в реакцию со многими сложными веществами :

2.1. Карбонат кальция реагирует с оксидами :

2.1.1. Карбонат лития вступает в взаимодействие с оксидом кремния при 800º С и образует на выходе силикат кальция и углекислый газ:

2.2. Карбонат кальция реагирует с кислотами :

2.2.1. При взаимодействии с разбавленной хлороводородной кислотой карбонат кальция образует хлорид кальция, углекислый газ и воду:

2.2.2. Карбонат кальция реагирует с разбавленной плавиковой кислотой . Взаимодействие карбоната кальция с плавиковой кислотой приводит к образованию фторида кальция, воды и углекислого газа:

2.2.3. Карбонат кальция взаимодействует с сероводородной кислотой при 900º С и образует сульфид кальция, воду и углекислый газ:

3. Карбонат кальция реагирует с простыми веществами:

3.1. Карбонат кальция при 800 — 850º С вступает в реакцию с углеродом (коксом) образуя оксид кальция и угарный газ:

CaCO₃ + C = CaO + 2CO

Источник

Карбонат кальция

Карбонат кальция
Систематическое наименование	карбонат кальция
Традиционные названия	углекислый кальций
Хим. формула	CaCO3
Состояние	твёрдые белые кристаллы
Молярная масса	100.0869 г/моль
Плотность	(кальцит) 2.74 г/см³ (арагонит) 2.83 г/см³
Температура
• плавления	(кальцит) 825 °C, (арагонит) 1339 °C
• разложения	900−1000 °C
Давление пара	0 ± 1 мм рт.ст.
Константа диссоциации кислоты pKa	9.0
Растворимость
• в воде	(25 °C) 0,0014 г
Показатель преломления	1,60
Кристаллическая структура	тригональная, пространств. гр. 2/m
ГОСТ	ГОСТ 4530-76
Рег. номер CAS	471-34-1
PubChem	10112
Рег. номер EINECS	207-439-9
SMILES
Кодекс Алиментариус	E170
RTECS	FF9335000
ChEBI	3311
ChemSpider	9708
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Карбонат кальция (углекислый кальций) — неорганическое химическое соединение, соль угольной кислоты и кальция. Химическая формула CaCO₃ .

В природе встречается в виде многочисленных минералов, например, кальцита, арагонита и ватерита, является главной составной частью известняка, мрамора, мела, входит в состав скорлупы яиц птиц.

Нерастворим в воде и этаноле.

Зарегистрирован как белый пищевой краситель (E170).

Содержание

Применение

Используется как белый пищевой краситель E170. Являясь основой мела, используется для письма на досках. Используется в быту для побелки потолков, покраски стволов деревьев, для подщелачивания почвы в садоводстве.

Массовое производство/использование

Очищенный от примесей, карбонат кальция широко используется в бумажной и пищевой промышленности, в качестве наполнителя при производстве пластмасс, красок, резины, продукции бытовой химии, в строительстве.

При производстве бумаги карбонат кальция применяют одновременно в качестве отбеливателя, наполнителя, а также раскислителя.

Используется при производстве силикатного стекла, — материала для производства оконного стекла, стеклянных бутылок, стекловолокна.

Применяется при производстве предметов гигиены (например, зубной пасты), в медицине.

В пищевой промышленности часто используется в качестве препарата препятствующего слеживанию и для препятствования слипания в комки сухих молочных продуктах.

При употреблении сверх рекомендованной дозы (1,5 г в день) может вызывать молочно-щелочной синдром (синдром Бернетта). Рекомендован при болезнях костных тканей.

Производители пластмассы — одни из основных потребителей чистого карбоната кальция (более 50% всего потребления). Используемый в качестве наполнителя и красителя, карбонат кальция необходим при производстве поливинилхлорида (PVC), полиэфирных волокон (кримплен, лавсан, и т. п.), полиолефинов. Изделия из данных видов пластмасс распространены повсеместно — это трубы, сантехника, кафельная плитка, черепица, линолеум, ковровые покрытия, и т.п. Карбонат кальция составляет порядка 20% красящего пигмента, используемого при производстве красок.

В строительстве

Строительство — ещё один из основных потребителей карбоната кальция. Например, в качестве наполнителя шпаклёвок и герметиков.

Также карбонат кальция является важным составным элементом при производстве продукции бытовой химии — средств для чистки сантехники, кремов для обуви.

Карбонат кальция широко применяется для раскисления кислых почв.

Нахождение в природе

Карбонат кальция находится в минералах в виде полиморфов:

Тригональная кристаллическая структура кальцита является наиболее распространенной.

Минералы карбоната кальция находятся в следующих горных породах:

Геология

Залежи карбоната кальция в виде меловых пластов — отложений известковых раковин моллюсков, в основном, мелового периода является распространенным минералом на всех континентах.

В природе встречаются три кристаллические модификации (минералы с одинаковым химическим составом, но с различной кристаллической структурой): кальцит, арагонит и фатерит (ватерит).

Некоторые горные породы (известняк, мел, мрамор, травертин и другие известковые туфы) практически полностью состоят из карбоната кальция с различными примесями.

Кальцит является устойчивой кристаллической модификацией карбоната кальция и встречается в самых разнообразных геологических условиях: в осадочных, метаморфических и магматических горных породах.

Около 10 % всех осадочных пород составляют известняки, сложенные преимущественно кальцитовыми остатками раковин морских организмов. Арагонит является второй по распространённости кристаллической модификацией CaCO₃ и в основном формируется в раковинах моллюсков и скелетах некоторых других организмов.

Также арагонит может образовываться и в неорганических процессах, например в карстовых пещерах или гидротермальных источниках.

Фатерит является наименее стабильной разновидностью этого карбоната, и очень быстро превращается в воде либо в кальцит, либо в арагонит. В природе встречается относительно редко, когда его кристаллическая структура стабилизирована теми или иными примесями.

Получение

Подавляющее количество карбоната кальция, добывающееся из полезных ископаемых, используется в промышленности. Чистый карбонат кальция (например, для производства продуктов питания или использования в фармацевтических целях), может быть изготовлен из природного минерала с малым количеством вредных примесей, например, из мрамора.

В лаборатории карбонат кальция может быть приготовлен предварительным гашением оксида кальция — негашеной извести. При этом образуется гидроксид кальция, и затем в суспензию продувается углекислый газ для получения карбоната кальция:

Химические свойства

При нагревании до 900—1000 °C разлагается на кислотный оксид — углекислый газ CO₂ и основный оксид — негашёную известь CaO:

Растворяется в воде при избытке углекислого газа образуя кислую соль — гидрокарбонат кальция Ca(HCO₃)₂:

Из-за этой реакции образуются сталактиты, сталагмиты. Природные подземные воды, обильные углекислом газом, растворяют плохо растворимый карбонат кальция с образованием много лучше растворимого в воде гидрокарбоната кальция, при выделении подземной воды в виде капель с потолков пещер при попадании в воздух с низкой концентрацией углекислого газа происходит обратная реакция превращения гидрокарбоната кальция в плохо растворимый осадок карбоната кальция, образующего красивые природные формы в пещерах, и из-за этого же механизма образуются карстовые пещеры.

При обжиге с температурой свыше 1500 °C с углеродом, например, в форме кокса, образует карбид кальция и угарный газ:

Источник

Карбонат кальция

Характеристики и физические свойства карбоната кальция

Практически не растворяется в воде.

Рис. 1. Карбонат кальция. Внешний вид.

Основные характеристики карбоната кальция приведены в таблице ниже:

Молярная масса, г/моль

Плотность, г/см 3

Температура плавления, o С

Температура разложения, o С

Растворимость в воде (25 o С), г/100 мл

Получение карбоната кальция

Основной способ получения карбоната кальция заключается в смешивании твердого оксида кальция с водой — образуется так называемое известковое молоко. Так как гидроксид кальция немного растворяется в воде, то после отфильтровывания известкового молока получается прозрачный раствор – известковая вода, которая мутнеет при пропускании через неё диоксида углерода.

Химические свойства карбоната кальция

Карбонат кальция — это средняя соль, образованная сильным основанием (гидроксид кальция Ca(OH)₂) и слабой кислотой (угольная H₂CO₃). В водном растворе он гидролизуется. Гидролиз протекает по аниону. Наличие анионов OH — свидетельствует о щелочном характере среды.

Ca 2+ +CO₃ 2- + HOH ↔ HCO₃ — + Ca 2+ + OH — ;

Карбонат кальция взаимодействует с концентрированными растворами сильных минеральных кислот:

Он способен реагировать с щелочами в водных растворах:

Взаимодействие карбоната кальция с другими солями возможно только если продукт взаимодействия выводится из реакционной среды:

При нагревании данная соль разлагается:

CaCO₃ = CaO + CO₂↑ (t, o С = 900 — 1000).

Пропускание диоксида углерода через раствор карбоната кальция приводит к образованию кислой соли – гидрокарбоната кальция:

Применение карбоната кальция

Карбонат кальция нашел широкое применение в различных отраслях промышленности. Так, например, его используют в пищевой (добавка Е710 – белый краситель) и бумажной промышленности, при производстве полимеров, лакокрасочных материалов, бытовой химии и т.д.

Примеры решения задач

Задание	Вычислите массу карбоната кальция, который может прореагировать с концентрированным раствором соляной кислоты объемом 200 мл (массовая доля HCl 34%, плотность 1,168кг/л). Определите объем диоксида углерода, выделяющийся в результате этой реакции.
Решение	Запишем уравнение реакции:

Найдем массу раствора соляной кислоты, а также массу растворенного вещества HCl в нем:

m_solution =0,2 × 1,168 = 0,2336 кг = 233,6 г.

m_solute (HCl) = ω (HCl) / 100% ×m_solution;

m_solute (HCl) = 34 / 100% × 233,6 = 79,424 г.

Рассчитаем количество моль соляной кислоты (молярная масса равна 36,5 г/моль):

n(HCl) = m (HCl) / M (HCl);

n (HCl) = 79,424 / 36,5 = 2,176 моль.

Согласно уравнению реакции n (HCl) :n (CO₂) =2: 1. Значит,

n(CO₂) = ½ n(HCl) = ½×2,176 = 1,088моль.

Тогда, объем выделившегося диоксида углерода будет равен:

V (CO₂) = 1,088 × 22,4 = 24,37л.

Согласно уравнению реакции n(HCl) :n (CaCO₃) =2: 1. Значит,количество вещества карбоната кальция будет равно:

n (CaCO₃) = ½ ×n (NaOH) = ½× 2,176 = 1,088моль.

Тогда масса карбоната кальция, вступившего в реакцию будет равна (молярная масса – 100 г/моль):

m (CaCO₃) = 1,088 × 100 = 108,8г.

Ответ Масса карбоната кальция равна 108,8 г, объем диоксида углерода равен 24,37 л.

Задание	Вычислите массу оксида кальция, который потребуется для получения карбоната кальция по реакции взаимодействия с диоксидом углерода массой 3,5 г.
Решение	Запишем уравнение реакции взаимодействия оксида кальция и диоксида углерода с образованием карбоната кальция:

Рассчитаем количество вещества диоксида углерода (молярная масса – 44 г/моль):

n (CO₂) = 3,5 / 44 = 0,08 моль.

Согласно уравнению реакции n(CO₂) : n(CaO) = 1:1 . Тогда количество моль оксида кальция будет равно:

n (CaO) = n (CO₂) = 0,08 моль.

Найдем массу оксида кальция (молярная масса – 56 г/моль):

Источник