Carbonat de calciu - Biologie
825–899 ° C (descompunere) [2]
practic insolubil în apă: 14 mg l −1 (20 ° C) [2]
6450 mg kg -1 (șobolan, oral) [3]
Carbonat de calciu (limbaj tehnic), carbonat de calciu sau în nume trivial german carbonat de var, este un compus chimic al elementelor calciu, carbon și oxigen cu formula chimică CaCO3. Ca carbonat, este o sare de calciu a acidului carbonic și în stare solidă constă dintr-o rețea ionică cu ioni Ca 2+ și ioni CO3 2− într-un raport de 1: 1.
Apariție
Carbonatul de calciu este unul dintre cei mai comuni compuși de pe pământ, mai ales sub formă de roci sedimentare. Carbonatul de calciu apare mai ales sub forma mineralelor calcit și aragonit. O altă modificare a CaCO3 este vateritul mineral, care precipită sub formă de cristale microscopice, în special din soluții suprasaturate.
Carbonatul de calciu este o componentă principală în marmură, calcar și dolomit, se găsește în exoscheletul crustaceelor, coralilor, midiilor, melcilor și organismelor unicelulare. Primul calcar de orice dimensiune semnificativă a fost format din stromatoliți în urmă cu peste două miliarde de ani.
Contrar credinței populare, oasele și dinții vertebratelor nu conțin carbonat de calciu, ci mai degrabă substanțele care conțin calciu hidroxilapatit (în oase) [4] și fluorapatit în dinți.
caracteristici
Carbonatul de calciu în sine este greu solubil în apă pură. Cu toate acestea, în prezența dioxidului de carbon dizolvat, solubilitatea crește de peste o sută de ori. Meteorizarea calcarului se bazează pe acest efect, prin care se formează hidrogen carbonat de calciu Ca (HCO3) 2 ușor solubil. Datorită solubilității sale, hidrogen carbonatul de calciu este o componentă a majorității apelor naturale, în funcție de rocă în diferite concentrații. Concentrația carbonatului de calciu în apă este dată în Germania ca „grad de duritate germană” (1 ° dH = 10 mg/litru CaO sau 17,85 mg/litru CaCO3 sau 0,18 mmol/l). În Franța, unitatea de măsură este „grade de duritate franceză”, cu 1 ° fH = 0,1 mmol/l ioni Ca 2+ sau Mg 2+. În Elveția se folosește fie indicația directă a mmol/l, fie duritatea franceză. Carbonatul de calciu este, de asemenea, dizolvat de alți constituenți acizi ai aerului și prin nitrificare în sol. Cele mai multe apariții naturale ale carbonatului de calciu își datorează originea inversării acestui proces de dizolvare, îndepărtarea dioxidului de carbon prin creșterea temperaturii. Mecanismul complicat care este vizibil în unele cursuri de apă, cum ar fi terasele de calcar din Pamukkale (Turcia), este definit de echilibrul var-acid carbonic.
Modificări în natură
În natură, carbonatul de calciu formează diferite roci care sunt identice din punct de vedere chimic, dar diferă în anumite moduri.
este o rocă sedimentară fină, microcristalină, care a fost creată prin depunerea calcitului precipitat prin îndepărtarea fotosintetică a acidului carbonic și a cojilor aragonitice ale creaturilor mici fosile, cum ar fi coccolitele coccolitoforilor și cojile de foraminifere. Creta apare în numeroase locații de-a lungul centurii europene de cretă, din Marea Britanie până în Franța până la insula Rügen din nordul Germaniei și este exploatată pe alocuri. Creta de mare pe fundul lacurilor sau în bazinele lacustre nămolite constă aproape în întregime din calcit precipitat. Pe de altă parte, creta de tablă utilizată în tehnologie este fabricată în principal din gips (sulfat de calciu).
este, de asemenea, format în principal de viețuitoare și este mai solidificat decât creta. Depunerea de calciu are loc direct sau indirect din rămășițele ființelor vii, cum ar fi melci, midii, corali care formează roci și bureți, care depun carbonat de calciu pentru a construi schelete externe sau interne. Se formează indirect prin faptul că organismele vii, în special cele fototrofe, asimilează CO2 și astfel alcalinizează mediul, ceea ce duce la precipitarea carbonatului de calciu. Dimensiunea cristalelor de carbonat este între cea a cretei și a marmurei. Zăcăminte mari de calcar pot fi găsite, de exemplu, în Albul șvab și franconian, în Alpii de calcar și în Alpii de Vest, în Himalaya și în multe alte zone.
este o rocă metamorfică grosieră cristalină care se formează atunci când creta, calcarul sau dolomita sunt recristalizate sub influența temperaturilor ridicate și/sau a presiunilor ridicate (peste 1000 de bari). Zăcăminte mari de marmură pot fi găsite în America de Nord și Europa, de exemplu în Austria (Gummern), Norvegia (Molde) sau în Carrara, Italia, casa statuii albe pure, din care Michelangelo și-a creat sculpturile.
Carbonat de calciu sintetic
Carbonatul de calciu sintetic se numește PCC (Engleză carbonat de calciu precipitat „Carbonat de calciu precipitat”) - spre deosebire de GCC (engl. carbonat de calciu măcinat „Carbonat de calciu măcinat”). Se precipită prin introducerea dioxidului de carbon în laptele de var (hidroxid de calciu) și astfel se obține sub formă de precipitat:
Precipitațiile au loc la un conținut de solide de aproximativ 20%. Diferite modificări ale cristalelor (morfologii ale cristalelor) pot fi generate („crescute”) prin controlul procesului (temperatură, concentrație), de preferință forma cristalină romboedrică sau scalenoedrică. Deoarece pot fi utilizate produse de pornire foarte pure, PCC-urile sunt deosebit de albe și prezintă, de asemenea, avantaje în ceea ce privește opacitatea. Fabricile mari de hârtie produc acum PCC într-o „rețea” prin recuperarea dioxidului de carbon, care este produs sub formă de gaze arse în timpul arderii în centralele electrice, prin legarea acestuia la hidroxidul de calciu. Cu toate acestea, acest lucru nu aduce nicio contribuție la reducerea concentrației de dioxid de carbon din atmosferă (schimbări climatice), deoarece calcarul natural trebuie ars în timpul producției necesare anterior de var hidratat, care eliberează din nou CO2.
utilizare
Carbonatul de calciu natural (calcar) este utilizat în cantități mari ca materie primă pentru industria materialelor de construcție, ca aditiv în industria siderurgică, ca îngrășământ mineral și ca umplutură minerală în diferite aplicații industriale precum hârtie, vopsele, lacuri, tencuieli, materiale plastice și suportul covoarelor. În total, peste cinci miliarde de tone de calcar sunt exploatate în fiecare an. Principala utilizare este producerea de ciment (silicat de calciu, aluminat de calciu) și var viu.
În ceea ce privește volumul vândut la nivel mondial, carbonatul de calciu este cel mai important material de umplutură. [5] Deși mai mult de cinci la sută din scoarța terestră constă din roci de carbonat de calciu, doar câteva depuneri sunt potrivite pentru extracția materialelor de umplutură, care ar trebui să fie cât mai albe posibil. Cel mai mare utilizator industrial de carbonați de calciu albi este industria hârtiei cu o cantitate de peste 10 milioane de tone (la nivel mondial) pe an, urmată de industria materialelor plastice și a materialelor de construcție (tencuieli și vopsele) cu un total de alte 15 milioane de tone pe an. Pentru utilizare în industria hârtiei, în special ca culoare de acoperire, depozitele din Franța, Italia, Germania, Norvegia și Austria în special sunt exploatate în Europa, mineralul fiind zdrobit prin măcinare umedă și vândut sub formă de nămol (uneori cu cisterna).
Carbonatul de calciu a fost folosit și mai devreme ca cretă pentru tablă, mai ales în Franța ca așa-numită Creta de sampanie, care constă din rocă de cretă, un carbonat de calciu chimic foarte pur. Aproximativ 55% din creta vândută astăzi în Germania este formată din gips (sulfat de calciu). [6]
Carbonatul de calciu este utilizat ca aditiv alimentar și colorant (E 170) și este adesea folosit, de exemplu, la coacerea chiflelor. Pentru alte aplicații, carbonatul de calciu este rupt și/sau măcinat și se vinde în bucăți sau sub formă de făină. Pentru unele aplicații, carbonații de calciu naturali nu sunt optimi, așa că aici se folosesc carbonați de calciu sintetici.
Cu eticheta Hidrocalcit Carbonatul de calciu sintetic este utilizat în tehnologia apei pentru dezacidificarea apei cu „acid carbonic agresiv”.
Material de construcții
Arderea varului creează var de foc. Acesta devine var hidratat (hidroxid de calciu Ca (OH) 2, var stins) fabricate. Cu dioxidul de carbon din aer, acesta reacționează pentru a forma var și îl închide ciclul tehnic al varului. Varul hidratat și varul sunt potrivite ca tencuieli sau acoperiri de perete, cum ar fi Tadelakt. Primii descoperitori ai acestui fenomen au fost romanii, care exploatau cuptoare de var pe scară largă.
Varul este sensibil la acizi. Oxizii de sulf conținuți în aer formează acid sulfuric (H2SO4) într-un mediu apos. Aceasta transformă varul în sulfat de calciu (CaSO4) sau gips (CaSO4 • 2 H2O). Sulfatul de calciu este, de asemenea, ușor solubil în apă la aproximativ 2 g/l, dar mai solubil decât carbonatul de calciu, ceea ce duce la spălarea lentă de umiditate.