Калциев карбонат - биология
825–899 ° C (разлагане) [2]
практически неразтворим във вода: 14 mg l -1 (20 ° C) [2]
6450 mg kg -1 (плъх, орално) [3]
Калциев карбонат (технически език), калциев карбонат или на немско тривиално име карбонат на вар, е химично съединение на елементите калций, въглерод и кислород с химическа формула CaCO3. Като карбонат, той е калциева сол на въглеродната киселина и в твърдо състояние се състои от йонна решетка с йони Ca 2+ и CO3 2− в съотношение 1: 1.
Поява
Калциевият карбонат е едно от най-често срещаните съединения на земята, особено под формата на седиментни скали. Калциевият карбонат се среща главно под формата на минералите калцит и арагонит. Друга модификация на CaCO3 е минералът ватерит, който се утаява под формата на микроскопични кристали, особено от пренаситени разтвори.
Калциевият карбонат е основен компонент в мрамора, варовика и доломита, намира се в екзоскелета на ракообразните, коралите, мидите, охлювите и едноклетъчните организми. Първите варовикови скали от всякакъв значителен размер са образувани от строматолити преди повече от два милиарда години.
Противно на общоприетото схващане, костите и зъбите на гръбначните животни не съдържат калциев карбонат, а по-скоро съдържащите калций вещества хидроксилапатит (в костите) [4] и флуорапатит в зъбите.
характеристики
Самият калциев карбонат е трудно разтворим в чиста вода. Въпреки това, в присъствието на разтворен въглероден диоксид, разтворимостта се увеличава повече от сто пъти. Изветряването на варовика се основава на този ефект, при което се образува лесно разтворимият калциев хидроген карбонат Ca (HCO3) 2. Поради своята разтворимост, калциевият хидроген карбонат е компонент на повечето естествени води, в зависимост от скалата в различни концентрации. Концентрацията на калциев карбонат във водата е дадена в Германия като "степен на немска твърдост" (1 ° dH = 10 mg/l CaO или 17,85 mg/l CaCO3 или 0,18 mmol/l). Във Франция мерната единица е „градуси на френска твърдост“, с 1 ° fH = 0,1 mmol/l йони Ca 2+ или Mg 2+. В Швейцария се използва прякото посочване на mmol/l или френската твърдост. Калциевият карбонат също се разтваря от други киселинни съставки на въздуха и чрез нитрификация в почвата. Повечето естествени прояви на калциев карбонат дължат своя произход на обръщането на този процес на разтваряне, премахването на въглеродния диоксид чрез повишаване на температурата. Сложният механизъм, който се вижда при някои водни потоци, като варовиковите тераси в Памуккале (Турция), се определя от варово-карбоновия баланс.
Модификации в природата
В природата калциевият карбонат образува различни скали, които са химически идентични, но се различават по някакъв начин.
е фина, микрокристална седиментна скала, която е образувана чрез отлагане на калцит, утаен от фотосинтетично отстраняване на въглена киселина и арагонитни черупки на малки изкопаеми организми като коколити от коколитофори и черупки от фораминифера. Кредата се появява на много места по протежение на европейския пояс с креда, от Великобритания до Франция до остров Рюген в Северна Германия и се добива на места. Морският тебешир на дъното на езера или в заилените езерни басейни се състои почти изцяло от утаен калцит. Кредата за черна дъска, използвана в технологията, от друга страна, е направена главно от гипс (калциев сулфат).
също се формира главно от живи същества и е по-втвърден от креда. Отлагането на калций се извършва директно или индиректно от остатъците от живи същества, като охлюви, миди, скалообразуващи корали и гъби, които депонират калциев карбонат за изграждане на външни или вътрешни скелети. Образува се косвено от факта, че живите организми, особено фототрофните, асимилират CO2 и по този начин алкализират околната среда, което води до утаяване на калциев карбонат. Размерът на карбонатните кристали е между този на креда и мрамор. Големи находища на варовик могат да бъдат намерени например в Швабската и Франконската Алба, в Варовиковите Алпи и Западните Алпи, в Хималаите и в много други области.
е грубо кристална, метаморфна скала, която се образува при прекристализация на креда, варовик или доломит под въздействието на високи температури и/или високи налягания (над 1000 бара). Големи мраморни находища могат да бъдат намерени в Северна Америка и Европа, например в Австрия (Gummern), Норвегия (Molde) или в Carrara, Италия, домът на чисто бялата статуя, от която Микеланджело е създал своите скулптури.
Синтетичен калциев карбонат
Нарича се синтетичен калциев карбонат PCC (Английски утаен калциев карбонат "Утаен калциев карбонат") - за разлика от GCC (англ. смлян калциев карбонат "Смлян калциев карбонат"). Утаява се чрез въвеждане на въглероден диоксид във варовото мляко (калциев хидроксид) и по този начин се получава като утайка:
Валежите се извършват при съдържание на твърди вещества около 20%. Различни кристални модификации (кристални морфологии) могат да бъдат генерирани („отгледани“) чрез управление на процеса (температура, концентрация), за предпочитане ромбоедрична или скаленоедрална кристална форма. Тъй като могат да се използват изключително чисти изходни продукти, PCC са особено бели и имат предимства по отношение на непрозрачността. Понастоящем големите фабрики за производство на хартия произвеждат PCC в „мрежа“ чрез възстановяване на въглероден диоксид, който се получава под формата на димни газове по време на горенето в електроцентралите, като го свързва с калциев хидроксид. Това обаче не допринася за намаляване на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата (изменение на климата), тъй като естественият варовик трябва да бъде изгорен по време на предварително необходимото производство на хидратирана вар, която отново отделя CO2.
използване
Естественият калциев карбонат (варовик) се използва в големи количества като суровина за производството на строителни материали, като добавка в стоманодобивната промишленост, като минерален тор и като минерален пълнител в различни индустриални приложения като хартия, бои, лакове, мазилки, пластмаси и подложка на килими. Общо годишно се добиват над пет милиарда тона варовик. Основната употреба е производството на цимент (калциев силикат, калциев алуминат) и негасена вар.
Калциевият карбонат е най-важният пълнител по обем, продаван по целия свят. [5] Въпреки че повече от пет процента от земната кора се състои от калциеви карбонатни скали, само няколко находища са подходящи за извличане на пълнители, които трябва да бъдат възможно най-бели. Най-големият промишлен потребител на бели калциеви карбонати е хартиената промишленост с количество от над 10 милиона тона (в световен мащаб) годишно, следвана от производството на пластмаси и строителни материали (мазилки и бои) с общо още 15 милиона тона годишно. За използване в хартиената промишленост, особено като покритие, в Европа се добиват по-специално находища във Франция, Италия, Германия, Норвегия и Австрия, като минералът се смачква чрез мокро смилане и се продава като каша (понякога от цистерна).
Калциевият карбонат се използва и като креда за черна дъска, особено във Франция като т.нар Креда от шампанско, който се състои от креда скала, химически много чист калциев карбонат. Около 55 процента от креда, продавана в Германия днес, се състои от гипс (калциев сулфат). [6]
Калциевият карбонат се използва като хранителна добавка и оцветител (Е 170) и често се използва, например, при печене на хлебчета. За други приложения калциевият карбонат се раздробява и/или смила и се продава на парчета или като брашно. За някои приложения естествените калциеви карбонати не са оптимални, така че тук се използват синтетични калциеви карбонати.
С етикета Хидро-калцит Синтетичният калциев карбонат се използва във водната технология за подкисляване на водата с "агресивна въглена киселина".
Строителен материал
Изгарянето на вар създава пожарна вар. Това става хидратирана вар (калциев хидроксид Ca (OH) 2, гасена вар) произведени. С въглеродния диоксид във въздуха той реагира, образувайки вар и го затваря технически варов цикъл. Хидратираната вар и вар са подходящи като мазилки или стенни покрития като Tadelakt. Първите откриватели на това явление са римляните, които експлоатират масово варови пещи.
Лаймът е чувствителен към киселини. Съдържащите се във въздуха серни оксиди образуват сярна киселина (H2SO4) във водна среда. Това превръща вар в калциев сулфат (CaSO4) или гипс (CaSO4 • 2 H2O). Калциевият сулфат също е слабо разтворим във вода при около 2 g/l, но е по-разтворим от калциевия карбонат, което води до бавно измиване от влага.