كربونات الكالسيوم: التركيب ، الخصائص ، التكوين ، الاستخدامات - كيمياء - 2026

و كربونات الكالسيوم هو مركب غير العضوي الذي هو كربونات الكالسيوم الصيغة الكيميائية ₃. يوجد بشكل رئيسي في المعادن مثل الكالسيت والأراغونيت. كما أنه يشكل الحجر الجيري ، وهو صخرة رسوبية يوجد فيها معدن الكالسيت.

يتم الحصول على هذه الكربونات المعدنية المهمة صناعيًا عن طريق استخراج المعادن التي تحتوي عليها وطحنها ؛ يستخدم الرخام بشكل رئيسي لهذا الغرض. تكمن عملية أخرى في استخدام أكسيد الكالسيوم ، والذي يتم تحويله إلى هيدروكسيد الكالسيوم ، مما يؤدي إلى ترسيب كربونات الكالسيوم منه عن طريق إضافة ثاني أكسيد الكربون. بهذه الطريقة يتم الحصول على بلورات من مجموعة واسعة من الأحجام.

تتكون قشرة الحلزون بشكل أساسي من كربونات الكالسيوم. المصدر: Pixabay.

يمكن أيضًا استخدام قشور البطلينوس وقشور البيض وقشور المحار التي توجد بها في الإنتاج الصناعي لكربونات الكالسيوم ₃ على نطاق صغير.

يتم إذابة كربونات الكالسيوم الموجودة في الحجر الجيري عن طريق ثاني أكسيد الكربون في الماء ، مما ينتج عنه بيكربونات الكالسيوم. يمكن أن يتسبب هذا الإجراء في حدوث تجاويف وهو سبب قلوية المياه ؛ حدث ذو أهمية كبيرة في الحفاظ على الحياة فيه.

تم استخدامه في بناء وتفصيل المنحوتات ؛ ومن الأمثلة على ذلك البارثينون في أثينا ، وكاتدرائية كراكوف ، ونحت أبراهام لنكولن في واشنطن. ومع ذلك ، فإن قابليتها للتأثر بالمطر الحمضي قللت من استخدامها في البناء.

كان لكربونات الكالسيوم تطبيقات متعددة في الصناعة كمواد حشو للبلاستيك والورق. في الطب تم استخدامه للسيطرة على حموضة المعدة. كمكمل غذائي من الكالسيوم ؛ للسيطرة على فوسفات الدم لدى مرضى الفشل الكلوي المزمن ، إلخ.

بناء

يتم تمثيل هيكل بلوري كربونات الكالسيوم CaCO3 بنموذج ملء مكاني. المصدر: CCoil

صيغة كربونات الكالسيوم وكربونات الكالسيوم ₃ ، يشير إلى أن نسبة الكالسيوم ^{2+ ل} CO ₃ ^2- الأيونات هي 1: 1؛ وهذا يعني أنه لكل Ca ²⁺ هناك نظير CO ₃ ² يتفاعل كهربائياً معه. وهكذا ، فإن الرابطة الأيونية تنتهي بترتيب هذه الأيونات لتشكيل أنماط هيكلية تحدد البلورة.

توضح الصورة العلوية هيكل CaCO ₃. تتوافق الكرات الخضراء مع Ca ²⁺ الكاتيونات ، والمجالات الحمراء والسوداء لأنيونات CO ₃ ². لاحظ أن الهيكل يبدو أنه مكون من طبقات متعددة: واحدة من الكالسيوم والأخرى من الكربونات ؛ مما يعني أنه يتبلور في هيكل سداسي مضغوط.

تتوافق هذه المرحلة السداسية (β-CaCO ₃) مع متعدد الأشكال. هناك نوعان آخران: orthorhombic (λ-CaCO ₃) وسداسي أكثر كثافة (μ-CaCO ₃). تساعد الصورة أدناه على تصور الشكل السداسي السعيد بشكل أفضل:

هيكل سداسي من الكالسيت. عالم المواد في ويكيبيديا الإنجليزية

ومع ذلك ، اعتمادًا على درجة الحرارة (ولهذا الملح بدرجة أقل الضغط) ، تتكيف الأيونات في اهتزازاتها مع الهياكل الأخرى ؛ هذه هي الأشكال المتعددة التي سبق ذكرها (β و λ و μ).

كما يبدو أنها ليست معروفة جيدًا ، إلا إذا تم ذكرها بأسمائها المعدنية في قسم مستقبلي.

صلابة البروتين

إن بلورات كربونات الكالسيوم CaCO ₃ ليست وحدها: يمكنها استضافة الشوائب مثل الكاتيونات المعدنية الأخرى التي تلونها أو البروتينات ، التي تتضمن مصفوفة عضوية تساهم بطريقة ما في صلابتها الطبيعية.

تقلل البروتينات من التوتر الذي تتعرض له البلورات ضد بعضها البعض تحت الضغط أو التأثير. كيف؟ عندما تكون محصورة بين الألواح ، تتصرف كما لو كانت "وسادة" (على غرار مجموعة الطوب والأسمنت والطوب).

هذا هو السبب في أن هذا المركب أو المعدن متوافق حيويًا ، وليس من المستغرب أن يكون جزءًا من أظافر أو صدف أو قذائف أو عظام القنافذ. لقد كان مصدر إلهام لأولئك الذين يكرسون جهودهم لتطوير مواد جديدة.

الخصائص

اسماء اخرى

- الأراجونيت

-كالسيت

-فولتيريتو

- حليب كالسيوم

- السبورة

-رخام

الكتلة المولية

100.086 جم / مول.

الوصف المادي

مسحوق أبيض عديم الرائحة.

المذاق

مثل الطباشير ، لا طعم له.

نقاط الانصهار والغليان

أنها تتحلل لأنها تطلق CO ₂ حتى قبل أن يذوب أو الدمامل.

الذوبان

عمليا غير قابل للذوبان في الماء والكحول. يذوب بشكل فوار في أحماض الأسيتيك والهيدروكلوريك المخففة. ومع ذلك ، تقلل الهيدروكسيدات من قابليتها للذوبان. وفي الوقت نفسه ، تزيد أملاح الأمونيوم وثاني أكسيد الكربون من قابلية ذوبان كربونات الكالسيوم في الماء.

كثافة

2.7 إلى 2.95 جم / سم ³.

تقسيم

حوالي 825 درجة مئوية يتحلل إلى أكسيد الكالسيوم (الجير) وثاني أكسيد الكربون (CO ₂).

الرقم الهيدروجيني

من 8 إلى 9

معامل الانكسار

-1.7216 عند 300 نانومتر و 1.6584 عند 589 نانومتر (الكالسيت).

-1.5145 عند 300 نانومتر و 1.4864 عند 589 نانومتر (أراجونيت).

عدم التوافق

مع الأحماض والشب وأملاح الأمونيوم.

المحتوى الحراري للاندماج

36 كيلو جول / مول عند 800 درجة مئوية (كالسيت).

منتج الذوبان ثابت

3.36 · 10 ^-9 عند 25 درجة مئوية.

صلابة

-3.0 (كالسيت)

-3.5 - 4.0 (أراجونيت) على مقياس موس.

انتقالات المرحلة

والأراجونيت هو مادة شبه مستقرة ويتغير بشكل لا رجعة فيه إلى الكالسيت عند تسخينه في الهواء الجاف عند درجة حرارة 400 درجة مئوية.

التفاعلية

تتفاعل كربونات الكالسيوم مع الأحماض وتطلق ثاني أكسيد الكربون والكالسيوم الأيوني والماء.

تتحد كربونات الكالسيوم مع الماء المشبع بثاني أكسيد الكربون المكافئ لحمض الكربونيك (H ₂ CO ₃) لتكوين بيكربونات الكالسيوم.

تدريب

الطباشير والرخام والحجر الجيري ، وهما أول معدنين ومادة صخرية والثالثة ، تحتوي على كربونات الكالسيوم وهي من أصل رسوبي ، ويُعتقد أنها تشكلت من ترسب القواقع على مدى ملايين السنين.

يمكن أن يكون الأس الهيدروجيني هو العامل الأكثر أهمية في تكوين الأشكال المتعددة عند درجة حرارة 24 درجة مئوية. Vaterite هو المنتج الرئيسي في نطاق الأس الهيدروجيني بين 8.5 و 10 ؛ الأراجونيت عند درجة الحموضة 11 ؛ والكالسيت عند درجة الحموضة> 12.

أيضًا ، من المعروف أن العديد من طحالب المياه العذبة تبني بلورات الكالسيت عندما تنمو في بيئة مشبعة بالكالسيوم. علاوة على ذلك ، فإن الطحالب الدقيقة قادرة على التسبب في ترسيب كربونات الكالسيوم.

أشكال كربونات الكالسيوم

ستظهر الصور أدناه الأشكال الثلاثة الرئيسية أو الأشكال المتعددة لكربونات الكالسيوم:

بلور الكالسيت. المصدر: Parent Géry

كريستال أراجونيت. المصدر: باتيستيني ريكاردو

بلورات فاتريت. المصدر: Rob Lavinsky، iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

من أعلى إلى أسفل توجد تعدد الأشكال الكالسيت والأراغونيت والفاتيريت. لاحظ للوهلة الأولى الفرق بين مورفولوجيا بلوراتها (اللون نموذجي لأصوله وخصائص محيطه).

يعتبر Vaterite أكثر تعتيمًا من الكالسيت ، وقد أصبح الأخير شفافًا تمامًا (الصاري الأيسلندي) وبالتالي فقد تم استخدامه في المجوهرات والتطبيقات البصرية. وفي الوقت نفسه ، تشبه بلورات الأراجونيت أحجارًا متراصة صغيرة ممدودة.

إذا لوحظت عينات من هذه الأشكال الثلاثة تحت المجهر الإلكتروني ، فإن بلوراتها (بدرجات رمادية بسبب حقيقة أن التقنية لا تسمح بدقة اللون) ، يمكن العثور على نفس الأشكال كما في المقاييس العيانية ؛ وهذا هو بالعين المجردة.

من بين هذه الأشكال الثلاثة ، الكالسيت هو الأكثر وفرة وثباتًا ، يليه الأراجونيت ، وأخيرًا vaterite ، وهو أندر أشكال كربونات الكالسيوم ₃

التطبيقات

صناعي

تزيد كربونات الكالسيوم من مقاومة التواء وجر المطاط الصناعي والطبيعي ، مما يحافظ على مرونته. يتم استخدامه في صناعة البناء كمكون في الأسمنت وكمواد خام للجير. تم تقليل استخدامه بسبب تضرره من المطر الحمضي.

تستخدم كربونات الكالسيوم في تنقية الحديد. في شكل الجير ، يزيل ثاني أكسيد الكبريت الموجود في المعدن. يستخدم في تنقية السكر من البنجر. تم استخدامه مرة واحدة كطباشير للسبورة ، ولكن تم استبداله بالجص لهذا التطبيق.

يتم خلط كربونات الكالسيوم مع المعجون المستخدم في تركيب الزجاج. يتم استخدام الأرض كمادة حشو في الفيلم الصغير الذي يسهل اختراقه المستخدم في الحفاضات. كما أنها تستخدم كمادة حشو في البلاستيك مثل PVC. بالإضافة إلى ذلك ، فهو يزيد من قوة البلاستيك.

تستخدم كربونات الكالسيوم لزيادة سعة تغطية الدهانات. يتم استخدامه كمادة حشو للورق لأنه أرخص من ألياف الخشب ، ويمكن أن يمثل أكثر من 10٪ من الورق.

الأطباء

يتم استخدامه كمضاد للحموضة لمكافحة فرط حموضة المعدة وتخفيف عسر الهضم. يتم استخدامه كمكمل غذائي للكالسيوم وفي علاج هشاشة العظام والوقاية منها. يستخدم في علاج فرط فوسفات الدم لدى مرضى الفشل الكلوي المزمن.

تم استخدامه لتقليل الآثار غير المرغوب فيها لمثبطات الأنزيم البروتيني المستخدمة في علاج فيروس نقص المناعة البشرية ، مع ملاحظة انخفاض في الإسهال لدى المرضى.

ينتج عنه انخفاض في ضغط الدم لدى النساء الحوامل المصابات بارتفاع ضغط الدم وتسمم الحمل ، حيث يمكن أن يترافق كلاهما مع زيادة الطلب على الكالسيوم بسبب وجود الجنين.

الآخرين

تستخدم كربونات الكالسيوم في الزراعة كسماد ولمكافحة الحموضة في التربة. يتم استخدامه كمادة حافظة ، وحافظ للون ، وثبات الطعام.

بالإضافة إلى ذلك ، فهو عنصر في معجون الأسنان ، ويعمل كمادة كاشطة في شكل مسحوق في التنظيف والغسيل.

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. ويكيبيديا. (2019). كربونات الكالسيوم. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. (2019). كربونات الكالسيوم. قاعدة بيانات PubChem. ، إدارة البحث الجنائي = 10112. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. كاي ين تشونغ ، تشين هوا شيا ، وساراني زكريا. (2014). كربونات الكالسيوم متعددة الأشكال على تفاعل درجة الحرارة. وقائع مؤتمر AIP 1614 ، 52 ؛ doi.org/10.1063/1.4895169
5. جريج واتري. (1 نوفمبر 2016). اكتشاف كيفية اكتساب بلورات كربونات الكالسيوم القوة. ميزة تسويق الأعمال. تم الاسترجاع من: rdmag.com
6. العناصر الأمريكية. (2019). كربونات الكالسيوم. تم الاسترجاع من: americanelements.com
7. إلسفير. (2019). كربونات الكالسيوم. ScienceDirect. تم الاسترجاع من: sciencedirect.com
8. كتاب كيميائي. (2017). كربونات الكالسيوم. تم الاسترجاع من: chemicalbook.com