CALCIUMCARBONAT: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, BILDUNG, VERWENDUNG - CHEMIE - 2025

Das Calciumcarbonat ist eine anorganische Verbindung, deren chemische Formel CaCO ₃ lautet . Es kommt hauptsächlich in Mineralien wie Calcit und Aragonit vor. Es besteht auch aus Kalkstein, einem Sedimentgestein, in dem das Mineral Calcit vorhanden ist.

Dieses wichtige Metallcarbonat wird industriell durch Extraktion und Mahlung der darin enthaltenen Mineralien gewonnen; Zu diesem Zweck wird hauptsächlich Marmor verwendet. Ein weiteres Verfahren besteht in der Verwendung von Calciumoxid, das in Calciumhydroxid umgewandelt wird und durch Zugabe von Kohlendioxid Calciumcarbonat ausfällt. Auf diese Weise werden Kristalle unterschiedlichster Größen erhalten.

Das Schneckenhaus besteht hauptsächlich aus Kalziumkarbonat. Quelle: Pixabay.

Muschelschalen, Eierschalen und Austernschalen, in denen sie vorhanden sind, können auch für die industrielle Herstellung von CaCO ₃ in kleinem Maßstab verwendet werden.

Das im Kalkstein enthaltene Calciumcarbonat wird durch Kohlendioxid im Wasser gelöst, wodurch Calciumbicarbonat entsteht. Diese Aktion kann Kavernen verursachen und ist eine Ursache für die Alkalisierung des Wassers. Ereignis von großer Bedeutung für die Aufrechterhaltung des Lebens darin.

Es wurde beim Bau und der Ausarbeitung von Skulpturen verwendet; Beispiele hierfür sind der Parthenon in Athen, die Kathedrale von Krakau und die Skulptur von Abraham Lincoln in Washington. Seine Anfälligkeit für sauren Regen hat jedoch seine Verwendung im Bauwesen verringert.

Calciumcarbonat hat in der Industrie mehrere Anwendungen als Kunststoff- und Papierfüllmaterial gefunden. In der Medizin wurde es verwendet, um die Magensäure zu kontrollieren; als Nahrungsergänzungsmittel mit Kalzium; zur Kontrolle der Phosphatämie bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz usw.

Struktur

CaCO3-Kristallstruktur, dargestellt mit einem räumlichen Füllungsmodell. Quelle: CCoil

Die Formel für Calciumcarbonat, CaCO ₃ , gibt an, dass das Verhältnis von Ca ^{2+ zu} CO ₃ ² -Ionen 1: 1 beträgt; das heißt, für jedes Ca ²⁺ gibt es ein Gegenstück CO ₃ ^2-, das elektrostatisch mit ihm interagiert. Somit ordnet die Ionenbindung diese Ionen an, um Strukturmuster zu bilden, die einen Kristall definieren.

Das obere Bild zeigt die Struktur von CaCO ₃ . Die grünen Kugeln entsprechen den Ca ²⁺ -Kationen und die roten und schwarzen Kugeln den CO ₃ ² -Anionen . Es ist zu beachten, dass die Struktur aus mehreren Schichten zu bestehen scheint: eine aus Calcium und die andere aus Carbonat; was bedeutet, dass es zu einer kompakten hexagonalen Struktur kristallisiert.

Diese hexagonale Phase (β-CaCO ₃ ) entspricht einem Polymorph. Es gibt zwei weitere: orthorhombisch (λ-CaCO ₃ ) und noch dichter hexagonal (μ-CaCO ₃ ). Das Bild unten hilft, das glückliche Sechseck besser zu visualisieren:

Sechseckige Struktur von Calcit. Materialwissenschaftler bei englischer Wikipedia

Abhängig von der Temperatur (und für dieses Salz in geringerem Maße vom Druck) passen sich die Ionen in ihren Schwingungen jedoch wieder an andere Strukturen an; Dies sind die bereits erwähnten Polymorphe (β, λ und μ).

Wie sie klingen, sind sie nicht sehr bekannt, es sei denn, sie werden in einem zukünftigen Abschnitt mit ihren mineralogischen Namen erwähnt.

Proteinhärte

CaCO ₃ -Kristalle sind nicht allein: Sie können Verunreinigungen wie andere Metallkationen enthalten, die sie färben. oder Proteine, die eine organische Matrix enthalten, die in irgendeiner Weise zu ihrer natürlichen Härte beiträgt.

Proteine ​​reduzieren die Spannung, die Kristalle unter Druck oder Aufprall gegeneinander erfahren. Wie? Wenn zwischen den Scheiben eingeklemmt, wirkt es so, als wäre es ein "Pad" (ähnlich dem Ziegel-Zement-Ziegel-Set).

Deshalb ist diese Verbindung oder dieses Mineral biokompatibel und es ist nicht überraschend, dass es Teil der Nägel, Muscheln, Muscheln oder Knochen von Igeln ist. Es war eine Inspirationsquelle für diejenigen, die sich der Entwicklung neuer Materialien widmen.

Eigenschaften

Andere Namen

-Aragonit

-Calcite

-Volterito

-Calcium Milch

-Whiteboard

-Marmor

Molmasse

100,086 g / mol.

Physische Beschreibung

Geruchloses weißes Pulver.

Geschmack

Kreideartig, geschmacklos.

Schmelz- und Siedepunkte

Es zersetzt sich, weil es CO ₂ freisetzt, bevor es überhaupt schmilzt oder kocht.

Löslichkeit

Praktisch unlöslich in Wasser und Alkohol. Es löst sich sprudelnd in verdünnten Essigsäure- und Salzsäure. Hydroxide verringern jedoch seine Löslichkeit. Währenddessen erhöhen Ammoniumsalze und Kohlendioxid die Löslichkeit von Calciumcarbonat in Wasser.

Dichte

2,7 bis 2,95 g / cm ³ .

Zersetzung

Bei 825 ºC zersetzt es sich in Calciumoxid (Kalk) und Kohlendioxid (CO ₂ ).

pH

8 bis 9

Brechungsindex

-1,7216 bei 300 nm und 1,6584 bei 589 nm (Calcit).

-1,5145 bei 300 nm und 1,4864 bei 589 nm (Aragonit).

Inkompatibilitäten

Mit Säuren, Alaun und Ammoniumsalzen.

Fusionsenthalpie

36 kJ / mol bei 800 ° C (Calcit).

Löslichkeitsproduktkonstante

3,36 · 10 & supmin; & ^sup9; bei 25ºC.

Härte

-3,0 (Calcit)

-3,5 - 4,0 (Aragonit) auf der Mohs-Skala.

Phasenübergänge

Aragonit ist metastabil und wandelt sich irreversibel in Calcit um, wenn es in trockener Luft auf 400 ° C erhitzt wird.

Reaktivität

Calciumcarbonat reagiert mit Säuren und setzt Kohlendioxid, ionisches Calcium und Wasser frei.

Calciumcarbonat verbindet sich mit mit Kohlendioxid gesättigtem Wasser, das Kohlensäure (H ₂ CO ₃ ) entspricht, zu Calciumbicarbonat.

Ausbildung

Kreide, Marmor und Kalkstein, die ersten beiden Mineralien und ein felsiges Material, das dritte, enthalten Calciumcarbonat und sind sedimentären Ursprungs. Es wird angenommen, dass sie durch die Sedimentation von Schnecken über Millionen von Jahren entstanden sind.

Der pH-Wert könnte der wichtigste Faktor bei der Bildung von Polymorphen bei einer Temperatur von 24 ° C sein. Vaterit ist das Hauptprodukt in einem pH-Bereich zwischen 8,5 und 10; Aragonit hat einen pH-Wert von 11; und Calcit bei pH> 12.

Es ist auch bekannt, dass viele Süßwasseralgen Calcitkristalle bilden, wenn sie in einer mit Kalzium gesättigten Umgebung gezüchtet werden. Darüber hinaus können Mikroalgen die Ausfällung von Calciumcarbonat verursachen.

Formen von Calciumcarbonat

Die folgenden Bilder zeigen die drei Hauptformen oder Polymorphe für Calciumcarbonat:

Calcitkristall. Quelle: Eltern Géry

Aragonitkristall. Quelle: Battistini Riccardo

Vateritkristalle. Quelle: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Von oben nach unten sind die Polymorphe Calcit, Aragonit und Vaterit. Beachten Sie auf den ersten Blick den Unterschied zwischen der Morphologie der Kristalle (die Farbe ist typisch für die Herkunft und die Eigenschaften der Umgebung).

Vaterit ist undurchsichtiger als Calcit, wobei letzteres sogar vollständig transparent wird (isländischer Holm) und daher in Schmuck- und optischen Anwendungen verwendet wurde. Währenddessen ähneln die Aragonitkristalle kleinen länglichen Monolithen.

Wenn Proben dieser drei Polymorphe unter dem elektronischen Mikroskop beobachtet werden, ihre Kristalle (mit Grautönen aufgrund der Tatsache, dass die Technik keine Farbauflösung zulässt), würden die gleichen Morphologien wie in makroskopischen Skalen gefunden; das heißt, mit bloßem Auge.

Unter diesen drei Polymorphen ist Calcit am häufigsten und stabilsten, gefolgt von Aragonit und schließlich Vaterit, der seltensten Form von CaCO ₃

Anwendungen

Industriell

Calciumcarbonat erhöht die Torsions- und Traktionsbeständigkeit von synthetischem und natürlichem Kautschuk und behält seine Flexibilität bei. Es wird in der Bauindustrie als Bestandteil von Zement und als Rohstoff für Kalk verwendet. Sein Gebrauch wurde verringert, weil es durch sauren Regen beschädigt wird.

Calciumcarbonat wird zur Reinigung von Eisen verwendet. In Form von Kalk entfernt es das im Metall vorhandene Schwefeldioxid. Es wird zur Reinigung von Zucker aus Rüben verwendet. Es wurde einst als Tafelkreide verwendet, wurde aber für diese Anwendung durch Gips ersetzt.

Das Calciumcarbonat wird mit dem Kitt gemischt, der bei der Installation von Glas verwendet wird. Boden wird als Füllmaterial in dem in Windeln verwendeten mikroporösen Film verwendet. Es wird auch als Füllstoff in Kunststoffen wie PVC verwendet. Zusätzlich erhöht es die Festigkeit des Kunststoffs.

Calciumcarbonat wird verwendet, um die Deckkraft von Farben zu erhöhen. Es wird als Füllmaterial für Papier verwendet, da es billiger als Holzfasern ist und mehr als 10% des Papiers ausmachen kann.

Ärzte

Es wird als Antazida zur Bekämpfung von Magenübersäuerung und zur Linderung von Verdauungsstörungen eingesetzt. Es wird als Nahrungsergänzungsmittel mit Kalzium und zur Behandlung und Vorbeugung von Osteoporose verwendet. Es wird zur Behandlung von Hyperphosphatämie bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz eingesetzt.

Es wurde verwendet, um die unerwünschten Wirkungen von Proteaseinhibitoren, die bei der Behandlung von HIV verwendet werden, zu verringern, wobei bei Patienten eine Verringerung des Durchfalls beobachtet wurde.

Bei schwangeren Frauen mit Bluthochdruck und Präeklampsie kommt es zu einem Blutdruckabfall, da beide aufgrund der Anwesenheit des Fötus mit einem erhöhten Kalziumbedarf verbunden sein könnten.

Andere

Calciumcarbonat wird in der Landwirtschaft als Dünger und zur Bekämpfung des Säuregehalts im Boden verwendet. Es wird als Konservierungsmittel, Farbhalter und Straffung von Lebensmitteln verwendet.

Darüber hinaus ist es Bestandteil von Zahnpasta und dient als Reinigungsmittel in Pulverform beim Reinigen und Waschen.

Verweise

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