סידן פחמתי: מבנה, תכונות, היווצרות, שימושים - כִּימִיָה - 2025

סידן פחמתי הוא תרכובת אורגנית אשר נוסחה כימית היא Caco ₃ . הוא נמצא בעיקר במינרלים כמו קלציט וארגוניט. הוא גם מורכב מאבן גיר, סלע משקע בו מצוי המינרל קלציט.

קרבונט מתכתי חשוב זה מתקבל באופן תעשייתי באמצעות מיצוי וטחינת המינרלים המכילים אותו; שיש משמש בעיקר למטרה זו. תהליך נוסף טמון בשימוש בתחמוצת הסידן, שהופכת לסידן הידרוקסיד, ומזרז ממנו סידן פחמתי על ידי הוספת פחמן דו חמצני. בדרך זו מתקבלים גבישים במגוון רחב של גדלים.

מעטפת החלזונות מורכבת בעיקר מסידן פחמתי. מקור: Pixabay.

פגזי צדפה, קליפות ביצה ופגזי צדפות בהם היא קיימת יכולים לשמש גם לייצור התעשייתי של CaCO ₃ בקנה מידה קטן.

הסידן הפחמתי המצוי באבן גיר מומס על ידי פחמן דו חמצני במים, ויוצר סידן ביקרבונט. פעולה זו עלולה לגרום למערות והיא סיבה להתלקחות של המים; אירוע בעל חשיבות רבה בשמירה על החיים בו.

הוא שימש לבניית ופסלים של פסלים; דוגמאות לכך הן הפרתנון באתונה, הקתדרלה של קרקוב והפסל של אברהם לינקולן בוושינגטון. עם זאת, רגישותו לגשם חומצי צמצמה את השימוש בה בבנייה.

לסידן פחמתי יש יישומים רבים בתעשייה כחומר מילוי נייר ונייר. ברפואה הוא שימש לבקרת חומציות הקיבה; כתוסף סידן תזונתי; לבקרת פוספטמיה בחולים עם אי ספיקת כליות כרונית וכו '.

מִבְנֶה

מבנה גביש CaCO3 המיוצג עם דגם מילוי מרחבי. מקור: CCoil

הנוסחה לסידן פחמתי, CaCO ₃ , מצביעה על כך שהיחס של Ca ^{2+ ל-} CO ₃ ^2- יוני הוא 1: 1; כלומר, עבור כל Ca ²⁺ יש מקביל CO ₃ ² שמתקשר איתו אלקטרוסטסטית. לפיכך, הקשר היוני בסופו של דבר מסדר את היונים הללו ליצירת תבניות מבניות המגדירות גביש.

התמונה העליונה מציגה את המבנה של CaCO ₃ . הכדוריות הירוקות תואמות את הקטיונים Ca ²⁺ , והתחומים האדומים והשחורים לאנונים CO ₃ ^2- . שימו לב כי נראה כי המבנה מורכב משכבות מרובות: אחת מסידן והשנייה מפחממת; מה שאומר שהוא מתגבש למבנה משושה קומפקטי.

שלב משושה זה (β-CaCO ₃ ) תואם פולימורף. ישנם שני אחרים: אורתורומביים (λ-CaCO ₃ ) ומשושה צפוף עוד יותר (μ-CaCO ₃ ). התמונה למטה עוזרת לדמיין טוב יותר את המשושה המאושר:

מבנה משושה של קלציט. מדעני חומרים בוויקיפדיה האנגלית

עם זאת, תלוי בטמפרטורה (ובשביל מלח זה בדרגה פחותה של הלחץ) היונים בתנודות שלהם מתאימים מחדש למבנים אחרים; אלה הם הפולימורפים שכבר הוזכרו (β, λ ו- μ).

בזמן שהם נשמעים הם לא מוכרים היטב, אלא אם כן הם מוזכרים עם שמותיהם המינרלוגיים בקטע עתידי.

קשיות חלבון

גבישי CaCO ₃ אינם לבד: הם יכולים לארח זיהומים כמו קטיוני מתכת אחרים הצובעים אותם; או חלבונים, המשלבים מטריצה ​​אורגנית שתורמת בדרך כלשהי לקשיות הטבעית שלה.

חלבונים מפחיתים את המתח שגבישים חווים זה מול זה תחת לחץ או השפעה. אֵיך? כשכריך בין השמשות, מתנהג כאילו זה "רפידה" (בדומה לסט לבנים-מלט).

זו הסיבה שהתרכובת או המינרל הזה ביולוגיים תואמים, וזה לא מפתיע שזה חלק מהציפורניים, צדפים, קליפות או עצמות של קיפודים. זה היווה מקור השראה למי שמוקדש לפיתוח חומרים חדשים.

נכסים

שמות אחרים

אראגון

קלציט

וולטרו

-חלב סידן

-לוח מחיק

-שַׁיִשׁ

מסה מולארית

100.086 גרם / מול.

תיאור פיזי

אבקה לבנה נטולת ריח.

טַעַם

דמוי גיר, חסר טעם.

נקודות התכה ורתיחה

זה מתפרק מכיוון שהוא משחרר CO ₂ לפני שהוא אפילו נמס או מרתיח.

מְסִיסוּת

באופן בלתי מסיס במים ובאלכוהול. זה מתמוסס באופן תוסס בחומצות אצטיות וחומצות הידרוכלוריות. אולם ההידרוקסיד מפחית את מסיסותו. בינתיים, מלחי אמוניום ופחמן דו חמצני מגבירים את המסיסות של סידן פחמתי במים.

צְפִיפוּת

2.7 עד 2.95 גרם / ס"מ ³ .

הִתפָּרְקוּת

סביב 825 מעלות צלזיוס הוא מתפרק לתחמוצת סידן (סיד) ולפחמן דו חמצני (CO ₂ ).

pH

8 עד 9

מדד שבירה

-11.7216 במהירות 300 ננומטר ו- 1.6584 במהירות 589 ננומטר (קלציט).

-1.5145 במהירות 300 ננומטר ו- 1.4864 במהירות 589 ננומטר (ארגון).

חוסר תאימות

עם חומצות, מלחי אלום ואמוניום.

אנטלפיה של איחוי

36 ק"ג / מול ב 800 מעלות צלזיוס (קלציט).

מוצר מסיסות קבוע

3.36 · ^10-9 בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס.

קַשִׁיוּת

-3.0 (קלציט)

-3.5 - 4.0 (ארגון) בסולם מוהס.

מעברים שלב

Aragonite הוא בעל גרורות ומשתנה באופן בלתי הפיך לקלציט כאשר הוא מחומם באוויר יבש בחום של 400 מעלות צלזיוס.

תגובתיות

סידן פחמתי מגיב עם חומצות, ומשחרר פחמן דו חמצני, סידן יוני ומים.

סידן פחמתי משתלב עם מים רוויים בפחמן דו חמצני, המקבילה לחומצה פחמנית (H ₂ CO ₃ ), ליצירת סידן ביקרבונט.

הַדְרָכָה

גיר, שיש ואבן גיר, שני המינרלים הראשונים וחומר סלעי השלישי, מכילים סידן פחמתי והם ממוצא משקע ונחשבים כי הם נוצרו על ידי שקיעה של חלזונות במשך מיליוני שנים.

ה- pH יכול להיות הגורם החשוב ביותר ביצירת פולימורפים בטמפרטורה של 24 מעלות צלזיוס. Vaterite הוא המוצר העיקרי בטווח pH בין 8.5 ל 10; ארגון הוא ב pH 11; וקלציט ב pH> 12.

כמו כן, ידוע כי אצות מים מתוקים רבים בונות גבישי קלציט כאשר גדלים בסביבה רוויה בסידן. יתר על כן, מיקרו-אצות מסוגלות לגרום לשקעים של סידן פחמתי.

צורות של סידן פחמתי

התמונות שלהלן יציגו את שלוש הצורות העיקריות או הפולימורפים של סידן פחמתי:

קריסטל קלציט. מקור: ההורה Gry

קריסטל אראגוניט. מקור: Battistini Riccardo

גבישים ווייטריים. מקור: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

מלמעלה למטה נמצאים הפולימורפים קלציט, ארגוניט ויטראט. שימו לב במבט ראשון בהבדל בין המורפולוגיה של גבישיו (הצבע אופייני למקורותיו ולמאפייני סביבתו).

Vaterite אטום יותר מקלציט, האחרון אף הופך לשקוף לחלוטין (ספאר איסלנדי) ולכן שימש בתכשיטים ויישומים אופטיים. בינתיים, גבישי הארגוניט דומים למונוליטים קטנים ומוארכים.

אם נצפו דגימות משלושת הפולימורפים הללו תחת מיקרוסקופ האלקטרונים, הגבישים שלהם (עם גוונים אפרפרים בגלל העובדה שהטכניקה אינה מאפשרת רזולוציית צבע), אותן מורפולוגיות היו נמצאות כמו בסולמות מקרוסקופיים; כלומר בעין בלתי מזוינת.

מבין שלושת הפולימורפים הללו, קלציט הוא השופע והיציב ביותר, ואחריו aragonite, ולבסוף ויטריט, הנדיר ביותר בצורות CaCO ₃

יישומים

תַעֲשִׂיָתִי

סידן פחמתי מגביר את העמידות בפני פיתול וגרירה של גומי סינטטי וטבעי, ושומר על גמישותו. הוא משמש בענף הבנייה כמרכיב במלט וכחומר גלם לסיד. השימוש בו הצטמצם מכיוון שהוא נפגע בגלל גשם חומצי.

סידן קרבונט משמש לטיהור ברזל. בצורה של סיד, הוא מסיר את דו תחמוצת הגופרית הקיימת במתכת. הוא משמש לטיהור סוכר מסלק. הוא שימש בעבר כגיר לוח, אך הוחלף בטיח ליישום זה.

הסידן פחמתי מעורבב עם המרק שמשמש להתקנת זכוכית. האדמה משמשת כחומר מילוי בסרט המיקרופורי המשמש בחיתולים. הוא משמש גם כחומר מילוי בפלסטיקה כמו PVC. בנוסף, זה מגביר את חוזק הניילון.

סידן קרבונט משמש להגדלת יכולת הכיסוי של צבעים. הוא משמש כחומר מילוי לנייר מכיוון שהוא זול יותר מסיבי עץ, והוא יכול לייצג יותר מ -10% מהנייר.

רופאים

הוא משמש כחומר נוגד חומצה למאבק בהפרעת יתר של קיבה ולהקלה על בעיות עיכול. הוא משמש כתוסף סידן תזונתי ובטיפול ומניעה של אוסטאופורוזיס. הוא משמש לטיפול בהיפרפוספטמיה בחולים עם אי ספיקת כליות כרונית.

הוא שימש להפחתת ההשפעות הלא רצויות של מעכבי פרוטאז המשמשים לטיפול ב- HIV, כאשר נצפתה הפחתה בשלשול בקרב חולים.

זה מייצר ירידה בלחץ הדם בקרב נשים הרות עם יתר לחץ דם ורעלת הריון, מכיוון ששניהם יכולים להיות קשורים לביקוש מוגבר לסידן בגלל נוכחות העובר.

אחרים

סידן פחמתי משמש בחקלאות כדשן וכמאבק בחומציות בקרקע. הוא משמש כחומר משמר, שומר על צבע ומיצוק מזון.

בנוסף, זהו מרכיב במשחת שיניים ומשמש כחומר שוחק בצורת אבקה בניקוי וכביסה.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. ויקיפדיה. (2019). סידן פחמתי. התאושש מ: en.wikipedia.org
3. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי. (2019). סידן פחמתי. מאגר PubChem., CID = 10112. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. קאי-ין צ'ונג, צ'ין-הואה צ'יה וסרני זכריה. (2014). פולימורף סידן קרבונט בתגובה לטמפרטורה. הליכי ועידת AIP 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. גרג ווטרי. (1 בנובמבר 2016). מגלה כיצד גבישים מסידן פחמתי מקבלים חוזק. יתרון שיווק עסקי. התאושש מ: rdmag.com
6. אלמנטים אמריקאים. (2019). סידן פחמתי. התאושש מ: americanelements.com
7. ElSevier. (2019). סידן פחמתי. ScienceDirect. התאושש מ: sciencedirect.com
8. ספר כימי. (2017). סידן פחמתי. התאושש מ: chemicalbook.com