Получить caco3 всеми 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, характеристика, свойства и получение, химические реакции

Карбонат кальция, характеристика, свойства и получение, химические реакции.

Карбонат кальция – неорганическое вещество, имеет химическую формулу СаСО₃.

Краткая характеристика карбоната кальция:

Карбонат кальция – неорганическое вещество белого цвета.

Химическая формула карбоната кальция СаСО₃.

Карбонат кальция (углекислый кальций) – неорганическое химическое соединение, соль угольной кислоты и кальция .

Практически не растворяется в воде. Не растворяется в этаноле. Легко растворяется в кислотах с выделением углекислого газа .

Карбонат кальция при прокаливании разлагается. Однако при избыточном давлении углекислого газа (СО₂) плавится без разложения.

Карбонат кальция – основная составная часть осадочных и горных пород (известняк, мел, мрамор, доломит , травертин, арагонит, известковые туфы), а также входит в состав скорлупы яиц птиц. Природные запасы карбоната кальция огромны, является распространенным минералом , обнаружен на всех континентах Земли . Некоторые из указанных горных пород практически полностью состоят из карбоната кальция с небольшими примесями.

Встречается в виде трех кристаллических модификаций:

– кальцита (известняк, мел, мрамор);

– фатерита или ватерита.

Кальцит и арагонит являются устойчивыми кристаллическими модификациями. Фатерит является наименее стабильной разновидностью карбоната кальция, и очень быстро превращается в воде либо в кальцит, либо в арагонит. Фатерит в природе встречается относительно редко.

Зарегистрирован как белый пищевой краситель E170.

Физические свойства карбоната кальция:

Наименование параметра:	Значение:
Химическая формула	СаСО3
Синонимы и названия иностранном языке	calcium carbonate (англ.)

углекислый кальций (рус.) Тип вещества неорганическое Внешний вид белые тригональные кристаллы Цвет белый Вкус без вкуса Запах без запаха Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) твердое вещество Плотность арагонита (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), кг/м 3 2830 Плотность арагонита (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), г/см 3 2,83 Плотность кальцита (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), кг/м 3 2740 Плотность кальцита (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), г/см 3 2,74 Температура разложения, °C 900-1000 Температура плавления арагонита, °C 1339 Температура плавления кальцита, °C 825 Молярная масса, г/моль 100,0869 Растворимость в воде (25 o С), г/л 0,013

Получение карбоната кальция:

Промышленный способ получения карбоната кальция заключается в разработке его месторождений в природе.

В лаборатории карбонат кальция получают гашением негашеной извести и последующим продуванием углекислого газа.

Оксид кальция (негашеная известь) смешивается с водой . В результате образуется так называемое известковое молоко (гидроксид кальция).

Так как гидроксид кальция растворяется в воде в небольшом количестве, то после отфильтровывания известкового молока получается прозрачный раствор – известковая вода, которая мутнеет при пропускании через неё диоксида углерода (углекислого газа). В результате образуется карбонат кальция, который выпадает в осадок.

Химические свойства карбоната кальция. Химические реакции карбоната кальция:

Карбонат кальция – это средняя соль, образованная сильным основанием (гидроксид кальция Ca(OH)₂) и слабой кислотой (угольная кислота H₂CO₃).

Водные растворы CaCO₃ имеют слабую щелочную реакцию.

Химические свойства карбоната кальция аналогичны свойствам карбонатов других металлов . Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

1. реакция термического разложения карбоната кальция – обжиг известняка:

В результате реакции образуются оксида кальция и оксид углерода (IV). Обжиг известняка – это промышленный способ получения углекислого газа. Технологически этот процесс в промышленности реализуют в специальных шахтных печах.

2. реакция карбоната кальция и углерода (графита, кокса):

CaCO₃ + C → CaO + 2CO (t = 800-850 °C).

В результате реакции образуются оксид кальция и оксида углерода (II).

3. реакция карбоната кальция и фтороводорода:

В результате реакции образуются фторид кальция , оксид углерода (IV) и вода . При этом фтороводород в качестве исходного вещества используется в виде разбавленного раствора.

4. реакция взаимодействия карбоната кальция и сероводорода:

В результате реакции образуются сульфид кальция, вода и оксид углерода (IV).

Аналогичные реакции протекают и с другими галогеноводородами.

5. реакция взаимодействия карбоната кальция и азотной кислоты:

В результате реакции образуются нитрат кальция, оксид углерода (IV) и вода .

6. реакция взаимодействия карбоната кальция и угольной кислоты:

В результате реакции образуется гидрокарбонат кальция.

7. реакция взаимодействия карбоната кальция и бромной кислоты:

В результате реакции образуются бромат кальция, вода и оксид углерода (IV).

Аналогично проходят реакции карбоната кальция и с другими кислотами.

8. реакция взаимодействия карбоната кальция, оксида углерода (IV) и воды:

В результате реакции образуется гидрокарбонат кальция. Реакция протекает при комнатной температуре.

9. реакция взаимодействия карбоната кальция и оксида кремния:

В результате реакции образуются метасиликат кальция и оксида углерода (IV).

10. реакция взаимодействия карбоната кальция и оксида титана:

В результате реакции образуются титанат кальция и оксида углерода (IV). Реакция протекает при сплавлении реакционной смеси.

11. реакция взаимодействия карбоната кальция, оксида серы и кислорода:

В результате реакции образуются сульфат кальция и оксида углерода (IV). Данная реакция представляет собой метод очистки смеси газов от SO₂.

12. реакция взаимодействия карбоната кальция, оксида свинца и кислорода:

В результате реакции образуются ортоплюмбат кальция и оксида углерода (IV). Первоначально карбонат кальция и оксид свинца хорошо смешивают друг с другом. Смесь нагревают в трубке для сожжения в потоке воздуха , свободного от диоксида углерода, до среднекрасного каления (около 800°C). Температура не должна превышать 850°C.

13. реакция взаимодействия карбоната кальция и гидроксида натрия:

В результате реакции образуются карбонат натрия и гидроксид кальция. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется в виде водного раствора.

14. реакция взаимодействия карбоната кальция и хлорида аммония:

В результате реакции образуются хлорид кальция, аммиак, вода и оксид углерода (IV). Реакция протекает при кипении.

15. реакция взаимодействия карбоната кальция и сульфида калия:

В результате реакции образуются карбонат калия и сульфид кальция.

16. реакция взаимодействия карбоната кальция и сульфида натрия:

В результате реакции образуются карбонат натрия и сульфид кальция.

Применение и использование карбоната кальция:

Карбонат кальция используется во множестве отраслей промышленности и для бытовых нужд:

– для письма на досках;

– в быту для побелки потолков, покраски стволов деревьев;

– в целлюлозно-бумажной промышленности – в производстве бумаги в качестве отбеливателя, наполнителя, а также раскислителя;

– в качестве пищевой добавки в пищевой промышленности;

– в качестве наполнителя при производстве пластмасс , красок, резины, продукции бытовой химии и пр.;

– при производстве предметов гигиены (например, зубной пасты) и лекарственных средств;

– при производстве силикатного стекла ;

– в качестве наполнителя при производстве шпаклёвок и герметиков,

– в сельском хозяйстве для раскисления кислых почв .

Источник

Карбонат кальция

бесцветное твердое вещество без запаха

практически не растворим в воде (14 мг л -1 при 20 ° С)

Швейцария: 3 мг м -3 (измеряется как вдыхаемая пыль )

Структурная формула
Общий
Фамилия	Карбонат кальция
другие имена	карбонат кальция Лайм карбонат извести мел E 170 КАРБОНАТ КАЛЬЦИЯ ( INCI )
Молекулярная формула	CaCO 3
Краткое описание
Внешние идентификаторы / базы данных
Количество CAS 471-34-1 13397-26-7 (кальцит) Номер ЕС 207-439-9 ECHA InfoCard 100.006.765 PubChem 10112 ChemSpider 9708 DrugBank DB06724 Викиданные Q23767
Информация о лекарствах
Код УВД	A02AC01 A12AA04
характеристики
Молярная масса	100,09 г моль -1
Физическое состояние
плотность	2,73 г см -3 (кальцит) 2,93 г см −3 (арагонит)
Температура плавления
правила техники безопасности
Обратите внимание на освобождение от требований по маркировке лекарств, медицинских устройств, косметики, продуктов питания и кормов. Маркировка опасности GHS нет пиктограмм GHS H- и P-фразы ЧАС: нет H-фраз П: нет P-фраз
MAK
Термодинамические свойства
ΔH f 0	-1207,6 кДж / моль (кальцит) -1207,8 кДж / моль (арагонит)
Насколько это возможно и общепринято, используются единицы СИ . Если не указано иное, приведенные данные относятся к стандартным условиям .

Карбонат кальция (технический язык), карбонат кальция или, по-немецки банально, карбонат извести , представляет собой химическое соединение элементов кальция , углерода и кислорода с химической формулой CaCO ₃ . В качестве кальциевой соли из угольной кислоты , она относится к группе веществ , называемых карбонатами . Это бесцветное кристаллическое твердое вещество, кристаллическая структура которого состоит из ионов Ca 2+ и CO ₃ 2- в соотношении 1: 1.

оглавление

Вхождение

Карбонат кальция — одно из самых распространенных соединений на Земле, особенно в виде осадочных пород . Он встречается в основном в форме минерала кальцита (кальцит, двойной шпат), который является одним из самых распространенных минералов в земной коре . Это не только преобладающий минерал в массивном известняке, в сочетании с кварцем , баритом и флюоритом он также образует основу многих рудных жил . Это может быть даже единственная часть коридоров, толщина которой составляет от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров. Дальнейшими модификациями карбоната кальция являются минералы арагонит и фатерит . Название арагонит происходит от названия самого важного месторождения этого минерала в Арагоне . Это все чаще встречается вблизи морских вод. Причина этого — содержащийся в морской воде магний , который способствует образованию арагонита по сравнению с кальцитом. Наряду с кальцитом наиболее распространенным биоминералом является арагонит . Он является неорганическим компонентом перламутра мидий, также часто встречается в жемчуге, а также в раковинах морских простейших и кораллов . По сравнению с кальцитом и арагонитом ватерит встречается в природе очень редко. Он назван в честь немецкого химика и минералога Генриха Фатера . В панцирях некоторых улиток все три безводные модификации соединения происходят бок о бок.

Кроме того, есть два других псевдополиморфных минерала, моногидрокальцит и икаит , которые представляют собой гидраты карбоната кальция. Нестабильный моногидрокальцит представляет собой моногидрат карбоната кальция. Первое естественное появление моногидрокальцита было описано в 1959 и 1964 годах как нечистые отложения в озере Иссык-Куль в Кыргызстане. У живых существ он встречается в камнях мочевого пузыря морских свинок и в ушных камнях некоторых позвоночных. Икаит представляет собой гексагидрат карбоната кальция и был впервые обнаружен в природе в 1963 году в виде столбов высотой до 20 метров на Икка-фьорде в Гренландии . Место, где он был найден, также дало название минералу. Минерал нестабилен при атмосферном давлении выше 0 ° C и затем превращается в кальцит. Его образованию способствует магний (который в большом количестве содержится в морской воде) и другие добавки.

Карбонат кальция является основным компонентом осадочного известняка , метаморфического мрамора и других осадочных пород, таких как оолит или строматолит . В живой природе он встречается в экзоскелете ракообразных , кораллов , мидий , улиток и одноклеточных организмов . В них он частично также находится в одной из нескольких известных фаз аморфного карбоната кальция (АСС).

Первый известняк значительного размера был образован строматолитами более двух миллиардов лет назад.

Карбонат кальция широко доступен в почве . Самыми важными минералами кальция в нашей почве являются кальцит и доломит [CaMg (CO ₃ ) ₂ ]. Они выбрасываются в землю при выветривании карбонатных пород или мергелей .

Вопреки распространенному мнению, кости и зубы из позвоночных не содержат карбонат кальция, а кальций , содержащие вещества гидроксилапатитная (в костях) и фторапатитовой в зубах. Однако карбонат кальция содержится, например, в растениях. Волоски красного кизила покрыты карбонатом кальция, который может вызвать раздражение при контакте с чувствительными участками кожи человека.

Карбонат кальция также был обнаружен на планете Марс .

Изменения в природе

В природе карбонат кальция образует разные породы, которые химически идентичны, но в чем-то отличаются. Кальцит — один из немногих минералов, который в чистом виде представлен в качестве строителя горных пород во всех трех основных группах. Помимо меловых и известняковых отложений и метаморфического мрамора, существуют также магматические породы карбоната кальция — карбонатиты .

Мел представляет собой мелкую микрокристаллическую осадочную породу , образовавшуюся в результате осаждения кальцита, осажденного в результате удаления фотосинтетической углекислоты, и арагонитовых панцирей небольших ископаемых существ, таких как кокколиты кокколитофорид и раковины фораминифер . Мел появляется во многих местах вдоль европейского мелового пояса, от Великобритании до Франции и до острова Рюген на севере Германии, и местами его добывают. Морской мел на дне озер или в заиленных озерных котловинах почти полностью состоит из осажденного кальцита. Мел для школьной доски теперь в основном делается не из настоящего мела, а в основном из гипса ( сульфата кальция ).

известняк

Известняк также в основном образован живыми существами и более твердый, чем мел. Отложение кальция происходит прямо или косвенно из останков живых существ, таких как улитки , мидии , камнеобразующие твердые кораллы и губки , которые откладывают карбонат кальция для создания внешнего или внутреннего скелета. Он образуется косвенно из-за того, что живые существа, особенно фототрофные , усваивают CO ₂ и, таким образом, подщелачивают окружающую среду, что приводит к осаждению карбоната кальция. Размер кристаллов карбоната находится между размером мела и мрамора. Крупные месторождения известняка можно найти, например, в Швабском и Франконском Альбе , в Юре , в Известняковых Альпах и Западных Альпах , в Гималаях и во многих других областях.

мрамор

Мрамор — это крупнокристаллическая метаморфическая порода, которая образуется при перекристаллизации мела, известняка или доломита под воздействием высоких температур и / или высокого давления (более 1000 бар). Крупные месторождения мрамора можно найти в Европе, например, в Южном Тироле (Лаас), Австрии (Гуммерн), Норвегии (Мольде) или в Карраре , Италия , где находится чисто белая статуя, из которой Микеланджело создавал свои скульптуры. как в Северной Америке.

описание

Синтетический карбонат кальция используется как PCC ( англ. Precipitated Calcium carbonate «осажденный карбонат кальция») означает — в отличие от GCC (англ. Измельченный карбонат кальция «измельченный карбонат кальция»). PCC может быть изготовлен несколькими способами. Хорошо известными процессами являются осаждение диоксидом углерода, известково-содовый процесс и процесс Solvay , в котором PCC является побочным продуктом производства аммиака .

Осаждение диоксидом углерода — наиболее часто используемый процесс, особенно на предприятиях бумажной промышленности. Чистый известняк или негашеная известь сначала гасят до образования гидроксида кальция (известкового молока), а затем подают в реакционный резервуар в виде тонкой суспензии. Туда вводят диоксид углерода до тех пор, пока гидроксид кальция полностью не превратится в карбонат кальция. Время реакции можно оценить и контролировать по изменению значения pH .

С. а С. О 3 ⟶ С. а О + С. О 2 <\ displaystyle \ mathrm \ longrightarrow CaO + CO_ <2>>> С. а О + ЧАС 2 О ⟶ С. а ( О ЧАС ) 2 <\ displaystyle \ mathrm O \ longrightarrow Ca (OH) _ <2>>> С. а ( О ЧАС ) 2 + С. О 2 ⟶ С. а С. О 3 + ЧАС 2 О <\ displaystyle \ mathrm + CO_ <2>\ longrightarrow CaCO_ <3>+ H_ <2>O>>

Осаждение происходит при содержании твердых частиц около 20%. Различные кристаллические формы ( морфология кристаллов ) и распределения зерен могут быть созданы («выращены») посредством управления процессом (температура, давление, время, концентрация) . Ромбоэдрическая или скаленоэдрическая кристаллическая форма является предпочтительной . Поскольку можно работать с высокочистыми исходными продуктами, ОКК имеют особенно белый цвет, а также имеют преимущества с точки зрения непрозрачности . Крупные бумажные фабрики в настоящее время производят ОКК в «сети» путем извлечения диоксида углерода, который образуется в виде дымовых газов при сгорании на электростанциях , путем связывания его с гидроксидом кальция. Однако это не способствует снижению концентрации углекислого газа в атмосфере ( изменение климата ), потому что природный известняк должен сжигаться во время ранее необходимого производства гашеной извести, которая снова выделяет CO ₂ .

В Вилло , Франция , есть необычайное месторождение карбоната кальция , где ископаемый осадок карбоната кальция никогда не затвердывал более 30 миллионов лет, но оставался рыхлым и, таким образом, по своему составу и структуре напоминает искусственно осажденный PCC.

В процессе натронной извести, карбонат кальция получают в качестве побочного продукта при производстве каустической щелочи гидроксида натрия и гидроксида калия .

N а 2 С. О 3 + С. а ( О ЧАС ) 2 ⟶ 2 N а О ЧАС + С. а С. О 3 ↓ <\ displaystyle \ mathrm CO_ <3>+ Ca (OH) _ <2>\ longrightarrow 2 \; NaOH + CaCO_ <3>\ downarrow>> K 2 С. О 3 + С. а ( О ЧАС ) 2 ⟶ 2 K О ЧАС + С. а С. О 3 ↓ <\ displaystyle \ mathrm CO_ <3>+ Ca (OH) _ <2>\ longrightarrow 2 \; KOH + CaCO_ <3>\ downarrow>>

Ватерит особенно выделяется из перенасыщенных растворов в виде микроскопических кристаллов. Моногидрокальцит может быть получен обезвоживанием при постоянном отсасывании воды гексагидрата или добавками, такими как. Б. Магний может быть синтезирован непосредственно в диапазоне температур от 0 до 40 ° C. Икаит был впервые произведен Пелузе в 1865 году путем введения диоксида углерода в водный раствор оксида кальция / сахара. Его также можно приготовить, добавив раствор карбоната натрия в ледяной раствор хлорида кальция . Измельчение икаита приводит к выделению кристаллизационной воды, которая, помимо кальцита, также дает значительное количество ватерита.

Согласно правилу стадий Оствальда, аморфный карбонат кальция является первой фазой, выпадающей в осадок при кристаллизации карбоната кальция. Он содержит захваченную и поровую воду, но содержание воды может меняться и в дальнейшем превращаться в одну из безводных полиморфных фаз карбоната кальция в водных растворах. Различные типы добавок могут стабилизировать ACC, но стабилизированный ACC также может быть получен без помощи добавок, если он осаждается при сильном перенасыщении. ACC, который не содержит добавок и осаждается из уравновешенных, слегка перенасыщенных (метастабильных) водных растворов карбоната кальция посредством внезапного перехода на плохой растворитель для карбоната кальция (например, путем «гашения» в этаноле ). ACC был впервые использован Johnston et al. производится путем смешивания концентрированных растворов хлорида кальция и карбоната натрия. Позже был найден метод, согласно которому при введении диоксида углерода в насыщенный раствор гидроксида кальция сначала образовывался аморфный карбонат кальция, который затем кристаллизовался с образованием кальцита.

характеристики

Физические свойства

Карбонат кальция встречается в нескольких безводных и двух гидратных модификациях, а также в других аморфных формах. Все они в чистом виде представляют собой твердые вещества без цвета и запаха. Карбонат кальция распадается на оксид кальция и диоксид углерода примерно от 600 ° C, точная температура разложения зависит от существующего парциального давления CO ₂ .

С. а С. О 3 ⟶ С. а О + С. О 2 <\ displaystyle \ mathrm \ longrightarrow CaO + CO_ <2>>>

Наиболее термодинамически стабильной и, следовательно, наиболее распространенной модификацией карбоната кальция при нормальных условиях является кальцит. Как и все некубические полупрозрачные минералы, он обладает особым свойством двойного лучепреломления, то есть разделять падающий световой луч на два поляризованных световых луча, которые преломляются с разной силой. В нормальных условиях кальцит кристаллизуется в тригональной структуре в пространственной группе R 3 c (пространственная группа № 167) . Также существует высокотемпературная модификация (985 ° C при нормальном давлении) с пространственной группой R 3 m (№ 160) и несколько модификаций для высокого давления ( Calcite II — Calcite V). При комнатной температуре кальцит II образуется при 1,70 ГПа, который затем превращается в кальцит III при 2,15 ГПа. Кальцит III стабилен при комнатной температуре до 6,16 ГПа и превращается в арагонит только при повышении температуры до 345 ° C. Шаблон: room group / 167 Шаблон: room group / 160

Арагонит кристаллизуется в ромбической кристаллической структуре с пространственной группой Pmcn (№ 62, позиция 5) . Ионы кальция находятся примерно в положениях плотнейшей гексагональной упаковки, искаженной сжатием вдоль оси шестого порядка. Арагонит является сухим и стабильным при комнатной температуре в течение неопределенного периода времени. С другой стороны, в растворе он медленно превращается в кальцит, морфология которого зависит от условий превращения арагонита. Если превращение происходит в растворе, то получаются ромбоэдрические кристаллы, а игольчатая структура арагонита сохраняется, когда превращение происходит при нагревании. Превращение арагонит-кальцит необратимо и не происходит при определенной температуре. При нагревании до 400 ° C преобразование в кальцит занимает около трех часов, а при 470 ° C — всего несколько минут. Полный диапазон преобразования составляет от 387 до 488 ° C. Геологически минерализованный арагонит не склонен к преобразованию при температуре от 10 до 90 ° C, в то время как синтетический арагонит в растворе около 90 ° C превращается в кальцит. Однако арагонит является наиболее стабильной фазой карбоната кальция при температурах выше 70 ° C и 1013 гПа и при экстремальных давлениях. Шаблон: room group / 62.5

Фатерит — наиболее нестабильная безводная кристаллическая форма карбоната кальция. В сухом состоянии он стабилен в течение длительного периода времени, но при контакте с водой превращается в кальцит из-за его растворения и последующей перекристаллизации. Следовательно, трудно получить ватерит из водных растворов. Температура фазового перехода в кальцит зависит от соответствующих условий синтеза и находится в диапазоне от 320 до 460 ° C. Он кристаллизуется в гексагональной кристаллической структуре с пространственной группой P 6 ₃ / mmc (№ 194) . Шаблон: room group / 194

Моногидрокальцит, моногидрат карбоната кальция, кристаллизуется в одной из двух тригональных кристаллических структур с пространственной группой P 3 ₁ 21 (№ 152) или P 3 ₂ 21 (№ 154) . Он нестабилен и кристаллизуется в течение нескольких часов сразу после увлажнения водой в безводную фазу кальцита. Снижение температуры и повышение гидростатического давления стабилизируют его. Никакой регрессии к гексагидрату Икаит не наблюдается. Шаблон: room group / 152 Шаблон: room group / 154

Икаит в виде гексагидрата карбоната кальция кристаллизуется в моноклинной пространственной группе C 2 / c (№ 15) . Структура содержит дискретные пары ионов CaCO ₃ , каждая из которых окружена оболочкой из 18 молекул воды. Он нестабилен при атмосферном давлении выше 0 ° C, но также стабилен при комнатной температуре при давлении от 6 до 7 кбар. Хотя иногда он существует при более высоких температурах, преобразование в кальцит начинается при температуре выше 5 ° C, и его уже нельзя остановить, даже если температура снова снизится. Определения растворимости показывают, что икаит более растворим, чем арагонит и кальцит, и что, в отличие от безводных полиморфов, его растворимость уменьшается с понижением температуры. Шаблон: группа комнат / 15

Аморфный карбонат кальция (АСС) — это название, данное модификациям карбоната кальция, которые не вызывают дискретных рентгеновских или электронных дифракционных отражений. Он содержит до одной молекулы воды на карбонат-ион. Он нестабилен: низкие температуры осаждения стабилизируют аморфную фазу во время производства, тогда как повышение температуры приводит к быстрой кристаллизации. Сильно щелочной маточный раствор или использование подходящих добавок при осаждении, включая, прежде всего, магний, фосфаты и ряд органических веществ, также стабилизируют ACC. Продукт кристаллизации зависит от условий. В диапазоне от 14 до 30 ° C фатерит и кальцит образуются в течение 3-6 часов, а при 60-80 ° C арагонит и кальцит образуются в течение 17-22 часов. В промежуточном интервале температур (40–50 ° C) образуются все три безводные кристаллические фазы. Однако в присутствии органических веществ, таких как амины, аминокислоты и карбоновые кислоты, АСС превращается в ватерит. Этилендиамин и аспартат натрия — лучшие добавки для образования ватерита.

Свойства модификаций

модификация	Кальцит	Арагонит	Ватерит	моногидроперфторалкановый кальцит	Икаит	АКК
формула	CaCO 3	CaCO 3	CaCO 3	CaCO 3 · H 2 O	CaCO 3 • 6H 2 O	CaCO 3
Кристаллическая система	тригональный	орто- ромбический	шестиугольный	тригональный	моноклинический	—
Космическая группа	R 3 c (№ 167) Шаблон: room group / 167	ПМСН (№62, позиция 5) Шаблон: room group / 62.5	P 6 3 / mmc (№ 194) Шаблон: room group / 194	П 3 1 (№ 144) Шаблон: room group / 144	C 2 / c (№ 15) Шаблон: группа комнат / 15	— (аморфный)
Постоянные решетки Å	а = 4,991 с = 17,062 γ = 120 °	а = 4,959 б = 7,964 в = 5,738	а = 4,130 с = 8,490 γ = 120 °	а = 10,5536 с = 7,5446 γ = 120 °	a = 8,792 b = 8,312 c = 11,021 β = 110,53 °	—
Плотность г см −3	2,71	2,93	2,65	2,43	1,83
стабильность	стабильный	стабильно выше 70 ° C	метастабильный ниже 10 ° C	Выпуск воды от 60–80 ° C	стабильно ниже 0 ° C	нестабилен при обезвоживании

Химические свойства

Как и все карбонаты, карбонат кальция также чувствителен к кислотам. Наиболее распространенный метод обнаружения карбонатных пород основан на этой простой реакции. Если капнуть на известняк немного соляной кислоты, выделяется углекислый газ , из-за чего жидкость начинает шипеть.

С. а С. О 3 + 2 ЧАС С. л ⟶ С. а С. л 2 + С. О 2 + ЧАС 2 О <\ displaystyle \ mathrm +2 \ HCl \ longrightarrow CaCl_ <2>+ CO_ <2>+ H_ <2>O>>

Согласно легенде, карфагенский полководец Ганнибал также использовал эту кислотную чувствительность, когда он пересек Альпы со своими слонами в 218 году до нашей эры. Чтобы животным было легче взбираться на скалу, он приказал своим солдатам вылить большое количество уксуса на плотный известняк, после чего скала «химически» выветрилась, и солдаты могли легко сломать ступеньки в скале для слонов.

С. а С. О 3 + 2 С. ЧАС 3 С. О О ЧАС ⟶ С. а [ С. ЧАС 3 С. О О ] 2 + С. О 2 + ЧАС 2 О <\ displaystyle \ mathrm +2 \ CH_ <3>COOH \ longrightarrow Ca [CH_ <3>COO] _ <2>+ CO_ <2>+ H_ <2>O>>

Сам карбонат кальция плохо растворяется в чистой воде. Растворимость составляет всего 14 миллиграммов на литр, при этом карбонат- ион переходит в раствор в виде гидрокарбонатного иона.

2 С. а С. О 3 + 2 ЧАС 2 О ⇌ С. а ( ЧАС С. О 3 ) 2 + С. а ( О ЧАС ) 2 <\ displaystyle \ mathrm <2 \ caco_ <3>+2 \ H_ <2>O \ rightleftharpoons Ca (HCO_ <3>) _ <2>+ Ca (OH) _ <2>>>

Однако в присутствии растворенного диоксида углерода растворимость увеличивается более чем в сто раз. На этом эффекте основано выветривание известняка, в результате чего образуется легко растворимый гидрокарбонат кальция .

С. а С. О 3 + С. О 2 + ЧАС 2 О ⇌ С. а ( ЧАС С. О 3 ) 2 <\ displaystyle \ mathrm + CO_ <2>+ H_ <2>O \ rightleftharpoons Ca (HCO_ <3>) _ <2>>>

Из-за своей растворимости гидрокарбонат кальция входит в состав большинства природных вод в различных концентрациях в зависимости от породы. Концентрация карбоната кальция в воде в Германии выражается как « степень жесткости по немецкому стандарту » (1 ° dH = 10 мг CaO / литр воды или 17,85 мг CaCO ₃ / литр или 0,18 ммоль / л). Во Франции используется единица измерения «степень французской жесткости», где 1 ° fH = 0,1 ммоль Ca 2+ / л или ионов Mg 2+ . В Швейцарии используется либо прямое указание ммоль / л, либо французская жесткость.

Большинство естественных образований карбоната кальция обязаны своим образованием обратному процессу этого процесса растворения — осаждению. Поскольку растворимость карбоната кальция пропорциональна количеству растворенного диоксида углерода и, следовательно, содержанию угольной кислоты, она определяется теми же факторами, которые также определяют концентрацию диоксида углерода (измеренную как парциальное давление ). Сложный механизм, который наблюдается в некоторых водотоках, таких как известняковые террасы в Памуккале (Турция), описывается балансом извести и углекислоты . Растворимость диоксида углерода увеличивается с увеличением давления и понижением температуры. Например, когда вода протекает через тонкие каналы ( диаклазы ) известняка или кальцийсодержащей вулканической породы, она находится под давлением и поэтому может растворить гораздо больше карбоната кальция. Если эта вода затем достигает открытого воздуха, давление воды и температура выравниваются с атмосферным давлением и температурой окружающей среды. Углекислый газ улетучивается, карбонат кальция выпадает в осадок и образует типичные известковые отложения. Таким образом, среди прочего, травертины (термин, который, несмотря на различия, часто используется как синоним известнякового агломерата или известнякового туфа , в зависимости от региона и языка ), более или менее пористые известняковые породы. Подобные процессы (перепады давления) происходят на порогах и водопадах рек, при этом также образуются травертины. В дополнение к содержанию диоксида углерода количество присутствующей воды также определяет баланс между растворенным и нерастворенным карбонатом кальция. Если содержание воды падает, образуется перенасыщенный раствор, из которого затем осаждается карбонат кальция. В природе это может происходить в результате испарения или испарения или замерзания. Самый известный пример осаждения карбонатов кальция путем испарения — образование сталактитов в карстовых пещерах из известняка, сталактитов и сталагмитов . Смещение равновесия растворимости (потеря карбоната кальция из-за повышения температуры) также является причиной образования накипи в котлах, проточных нагревателях и подобных устройствах. Процессы растворения как образование структур также могут быть обнаружены в природе, например, в форме стиолитов (выступы длиной от нескольких миллиметров до сантиметров или столбы, которые появляются внутри известняковых банков в виде неправильных ребристых плоскостей).

Подобные процессы можно наблюдать в морских глубинах. Кальцит и арагонит глубина компенсации описывает глубину в море , ниже которой кальцит и арагонит полного растворения. Причина — увеличение концентрации углекислого газа в воде с увеличением глубины моря.

Карбонат кальция также растворяется другими кислотными компонентами воздуха и нитрификацией почвы. Оксиды серы, содержащиеся в воздухе, образуют серную кислоту (H ₂ SO ₄ ) в водной среде . Это превращает известь в сульфат кальция (CaSO ₄ ) или гипс (CaSO ₄ · 2 H ₂ O). Сульфат кальция также слабо растворим в воде — около 2 г / л, но он более растворим, чем карбонат кальция, что приводит к медленному вымыванию известковых поверхностей влагой.

использовать

Природный карбонат кальция (известняк) в больших количествах используется в качестве сырья для промышленности строительных материалов , в качестве добавки в сталелитейной промышленности , в качестве минерального удобрения , в качестве кормовой извести и в качестве минерального наполнителя в различных промышленных применениях (например, в производстве бумаги). , краски , лаки и др.) Штукатурки , пластмассы и основы ковров ). Всего ежегодно добывается более пяти миллиардов тонн известняка.

Строительный материал

Основной областью применения является производство цемента ( силикат кальция , алюмината кальция ) и негашеную .

При сжигании извести образуется негашеная известь. Из него получают гашеную известь (гидроксид кальция Ca (OH) ₂ , гашеную известь ) путем тушения водой . В свою очередь, он вступает в реакцию с двуокисью углерода в воздухе с образованием извести и замыкает цикл технической извести . Гашеная известь и известь подходят в качестве штукатурки или настенных покрытий, таких как таделакт . Первыми первооткрывателями этого явления были римляне, которые широко использовали печи для обжига извести.

наполнитель

Карбонат кальция является наиболее важным наполнителем по объему продаж во всем мире. Хотя более пяти процентов земной коры состоит из пород карбоната кальция, только несколько месторождений подходят для добычи наполнителей, которые должны быть как можно более белыми. Крупнейшим промышленным потребителем белого карбоната кальция является бумажная промышленность с объемом производства более 10 миллионов тонн (во всем мире) в год, за которой следует промышленность пластмасс и строительных материалов (штукатурки и краски) с общим объемом производства еще 15 миллионов тонн в год. Для использования в бумажной промышленности, особенно в качестве красителя , месторождения во Франции, Италии, Германии, Норвегии и Австрии разрабатываются в Европе, при этом минерал измельчается путем мокрого измельчения и продается в виде суспензии (иногда в цистернах).

сельское хозяйство

В структуре почвы содержание карбоната кальция и магния влияет на значение pH и, следовательно, на структурные свойства, биотическую активность, а также на способность накапливать и преобразовывать питательные вещества в почве. Это делает значение pH наиболее важным параметром для управления всеми типами почв. Важную роль играет достаточное количество извести со «свободным» карбонатом кальция, не связанным с частицами почвы. При известковании попытки подкисления почвы противодействует и поддержание плодородия почв или улучшение. Карбонат кальция веками использовался для улучшения плодородия почвы в сельском хозяйстве. Содержание карбоната кальция в почве определяется путем добавления 10% -ной соляной кислоты и оценки происходящей реакции, например образования пены.

Другие области применения

Карбонат кальция раньше использовался в качестве мела для школьной доски , особенно во Франции, как так называемый мел для шампанского, который состоит из меловой породы, химически очень чистого карбоната кальция. Около 55 процентов мела, продаваемого сегодня в Германии, состоит из гипса (сульфата кальция).

Карбонат кальция одобрен в качестве пищевой добавки и красителя (E 170) и часто используется, например, при выпечке булочек . Для других целей карбонат кальция дробится и / или измельчается и продается в кусках или в виде муки. Он содержится в поваренной соли в качестве вспомогательного средства .

Для некоторых применений природные карбонаты кальция не оптимальны, поэтому здесь используются синтетические карбонаты кальция. Синтетический карбонат кальция под названием Hydro-Calcit используется в технологии водоснабжения для снижения кислотности воды с помощью « агрессивной угольной кислоты ». Этот процесс считается одним из старейших процессов раскисления.

Вместе с карбонатом магния карбонат кальция используется в препаратах, регулирующих кислотность желудочного сока ( антациды ).

Источник