Kalcium-bikarbonát szerkezet, tulajdonságok, kockázatok és felhasználások



az kalcium-hidrogén-karbonát egy kémiai képlettel rendelkező szervetlen só (HCO)3)2. Természetesen származik a mészkő sziklákban és ásványi anyagokban, például kalcitban jelen lévő kalcium-karbonátból.

A kalcium-bikarbonát vízben jobban oldódik, mint a kalcium-karbonát. Ez a jellemző lehetővé tette a karszt rendszerek kialakulását a mészkő sziklákban és a barlangok strukturálásában.

A repedéseken áthaladó földalatti vizek a szén-dioxid eltolódásakor telítettek (CO2). Ezek a vizek károsítják a kalcium-karbonátot kibocsátó mészkő sziklákat (CaCO3) amely a kalcium-hidrogén-karbonátot képezi a következő reakció szerint:

CaCO3(s) + CO2(g) + H2O (l) => Ca (HCO)3)2(AQ)

Ez a reakció barlangokban történik, ahol nagyon kemény víz származik. A kalcium-hidrogén-karbonát nem található a szilárd állapotban, hanem vizes oldatban, a Ca-val együtt2+, a hidrogén-karbonát (HCO)3-) és a karbonát-ion (CO32-).

Ezt követően, amikor a vízben lévő szén-dioxid telítettsége csökken, a fordított reakció történik, azaz a kalcium-hidrogén-karbonát kalcium-karbonáttá történő átalakítása:

Ca (HCO)3)2(aq) => CO2 (g) + H2O (l) + CaCO3 (S)

A kalcium-karbonát vízben kevéssé oldódik, így a csapadék szilárd anyagként jelentkezik. A fenti reakció nagyon fontos a sztalaktitok, sztalagmitok és más barlangok speleotémái kialakulásában.

Ezeket a sziklás szerkezeteket a barlang mennyezetéből eső vízcseppek képezik (felső kép). A CaCO3 a vízcseppekben jelenlévő kristályosodik az említett struktúrák kialakításához.

Az a tény, hogy a kalcium-hidrogén-karbonát nem található a szilárd állapotban, megnehezítette a használatát, és kevés példa található. Szintén nehéz megtalálni a toxikus hatásairól szóló információkat. A csontritkulás megelőzésére szolgáló kezelés mellékhatásainak egy sorozata van.

struktúra

A felső képen két HCO-anion látható3- és egy Ca-kation2+ elektrosztatikusan kölcsönhatásba lép. A Ca2+ a kép szerint középen kell elhelyezkednie, hiszen így a HCO-k3- negatív díjaik miatt nem tudnák egymás ellen visszaszorítani.

A negatív díj a HCO-ban3- két oxigénatom között delokalizálódik, a C = O karbonilcsoport és a C-O kötés közötti rezonanciával-; a CO-ban32-, Ez a három oxigénatom között delokalizálódik, mivel a C-OH kötés deprotonálva van, és ezért negatív töltést kaphat rezonanciával..

Ezeknek az ionoknak a geometriái kalcium-gömböknek tekinthetők, amelyeket hidrogénezett végű, karbonátok lapos háromszögei vesznek körül. A méretarány tekintetében a kalcium észrevehetően kisebb, mint a HCO ionok3-.

Vizes oldatok

A Ca (HCO)3)2 Nem képezhet kristályos szilárd anyagot, és valóban a só vizes oldatából áll. Ezekben az ionok nem egyedül vannak, mint a képen, hanem H molekulákkal körülvéve.2O.

Hogyan hatnak egymásra? Minden iont egy hidratáló gömb vesz körül, amely függ az oldott faj fémétől, polaritásától és szerkezetétől.

A Ca2+ koordinálja a víz oxigénatomjaival, hogy képezzenek egy vizes komplexet, Ca (OH)2)n2+, ahol n általában hatnak tekinthető; vagyis egy "vizes oktaéder" a kalcium körül.

Míg a HCO anionok3- kölcsönhatásba lépnek a hidrogénkötésekkel (OR2CO-H-OH2) vagy a vízben lévő hidrogénatomokkal a negatív töltés-delokalizáció irányába (HOCO)2- H-OH, dipol-ion kölcsönhatás).

Ezek a kölcsönhatások a Ca2+, HCO3- és a víz annyira hatékony, hogy a kalcium-hidrogén-karbonátot nagyon jól oldja az oldószerben; a CaCO-val ellentétben3, ahol az elektrosztatikus látványosságok a Ca2+ és a CO32- nagyon erősek, a vizes oldatból kicsapódnak.

A víz mellett CO molekulák is vannak2 körül, amely lassan reagál, hogy több HCO-t biztosítson3- (a pH-értéktől függően).

Hipotetikus szilárdság

Eddig a Ca (HCO) ionok mérete és töltése3)2, és a víz jelenléte sem magyarázza, miért nem létezik a szilárd vegyület; azaz tiszta kristályok, amelyek röntgenkrisztallográfiával jellemezhetők.3)2 nem más, mint az ionok a vízben, ahonnan a barlangalakzatok tovább nőnek.

Igen Ca2+ és a HCO3- a vízből izolálhatók, elkerülve a következő kémiai reakciót:

Ca (HCO)3)2(aq) → CaCO3(s) + CO2(g) + H2O (l)

Ezután ezeket 2: 1 sztöchiometrikus arányú fehér kristályos szilárd anyagba csoportosíthatjuk (2HCO3/ 1Ca). A szerkezet szerkezetéről nincsenek tanulmányok, de összehasonlítható a NaHCO-val3 (magnézium-hidrogén-karbonát, Mg (HCO))3)2, nem létezik szilárd anyagként), vagy a CaCO-val3.

Stabilitás: NaHCO3 vs Ca (HCO)3)2

A NaHCO3 a monoklinikus rendszerben és a CaCO-ban kristályosodik3 a trigonális (kalcit) és az ortorombos (aragonit) rendszerekben. Ha a Na-t kicserélték+ a Ca számára2+, a kristályos hálózatot destabilizálná a nagyobb méretkülönbség; azaz a Na+ mert kisebb, ez stabilabb kristályt képez a HCO-val3- a Ca-hoz képest2+.

Valójában a Ca (HCO)3)2(aq) a víz elpárologtatásához szükséges, hogy ionjait kristályba csoportosítsák; de a kristályrács nem elég erős ahhoz, hogy szobahőmérsékleten végezze. Amikor a vizet melegítjük, a bomlási reakció előfordul (a fenti egyenlet).

A Na ion+ ez a megoldás a HCO-val képezné a kristályt3- termikus bomlás előtt.

Az ok, miért Ca (HCO)3)2 nem kristályosodik (elméletileg), hanem az ionok sugárzása vagy méretei közötti különbség, amely nem képes stabil kristályt képezni a bomlás előtt.

Ca (HCO)3)2 vs CaCO3

Ha viszont H-t adtunk hozzá+ a CaCO kristályos szerkezeteihez3, drasztikusan megváltoztatják fizikai tulajdonságaikat. Talán az olvadáspontja jelentősen csökken, sőt a kristályok morfológiái is módosulnak.

Érdemes megpróbálni a Ca (HCO) szintézisét3)2 Solid? A nehézségek meghaladhatják a várakozásokat, és az alacsony szerkezeti stabilitású só nem jelenthet jelentős további előnyöket olyan alkalmazásokban, ahol más sókat már használnak.

Fizikai és kémiai tulajdonságok

Kémiai képlet

Ca (HCO)3)2

Molekulatömeg

162,11 g / mol

Fizikai állapot

Nem jelenik meg szilárd állapotban. Található vizes oldatban, és a víz elpárologtatásával szilárdvá alakítására tett kísérletek nem működtek, mivel kalcium-karbonáttá alakul.

Oldhatóság vízben

16,1 g / 100 ml 0 ° C-on; 16,6 g / 100 ml 20 ° C-on és 18,4 g / 100 ml 100 ° C-on. Ezek az értékek a vízmolekulák Ca-ionok (HCO) nagy affinitását jelzik.3)2, az előző részben leírtak szerint. Eközben csak 15 mg CaCO3 feloldódnak egy liter vízben, ami az erős elektrosztatikus kölcsönhatásukat tükrözi.

Mivel a Ca (HCO)3)2 nem képezhet szilárd anyagot, oldhatóságát nem lehet kísérletileg meghatározni. Tekintettel azonban a CO által létrehozott feltételekre2 a mészköveket körülvevő vízben oldva kiszámítható a T hőmérsékleten oldott kalcium tömege; tömeg, amely megegyezik a Ca (HCO) koncentrációjával.3)2.

Különböző hőmérsékleteken az oldott tömeg a 0, 20 és 100 ° C értékek szerint növekszik. Tehát ezeknek a kísérleteknek a alapján, hogy mennyi Ca-t (HCO) határozunk meg3)2 feloldódik a CaCO közelében3 CO-val gázosított vizes közegben2. Miután a CO megszökik2 gáznemű, a CaCO3 kicsapódik, de nem a Ca (HCO3)2.

Fúziós és forráspontok

A Ca (HCO) kristályos hálózata3)2 sokkal gyengébb, mint a CaCO3. Ha szilárd állapotban állítható elő, és megmérjük a hőmérsékletet, amelyen belül egy fusiométer belsejében megolvad, akkor biztosan 899 ° C alatti értéket kapna. Hasonlóképpen ugyanezt várhatjuk a forráspont meghatározásánál is.

Égési pont

Nem éghető.

kockázatok

Mivel ez a vegyület szilárd formában nem létezik, nem valószínű, hogy a vizes oldatok manipulálásának kockázata lenne, mivel mind a Ca2+ mint HCO3- alacsony koncentrációban nem károsak; és ezért a legnagyobb kockázat, amely az ilyen megoldások lenyelését eredményezné, csak a bevitt kalcium veszélyes dózisának tudható be.

Ha a vegyület szilárd anyagot képez, még akkor is, ha fizikailag eltér a CaCO-tól3, toxikus hatásai nem léphetik túl az egyszerű kényelmetlenséget és a fizikai érintkezés vagy belélegzés után bekövetkező rezekciókat.

alkalmazások

-A kalcium-hidrogén-karbonát oldatokat már régóta használják a régi papírok, különösen a műalkotások vagy a történelmi jelentőségű dokumentumok mosására.

-A bikarbonát oldatok alkalmazása nemcsak azért fontos, mert semlegesítik a papírban lévő savakat, hanem a kalcium-karbonát alkáli tartalékát is. Ez az utolsó vegyület védelmet nyújt a papírok jövőbeli károsodására.

-Más bikarbonátokhoz hasonlóan kémiai élesztőkben és pezsgőtablettákban vagy porokban is alkalmazzák. Emellett élelmiszer-adalékanyagként kalcium-hidrogén-karbonátot használnak (ennek a sónak a vizes oldatai)..

-A bikarbonát oldatokat az osteoporosis megelőzésére használják. Egy esetben azonban másodlagos hatásokat figyeltek meg, mint a hiperkalcémia, a metabolikus alkalózis és a veseelégtelenség..

-A kalcium-hidrogén-karbonátot alkalmanként intravénásan adjuk be a hypokalemia depressziós hatásának a szívfunkcióra történő korrigálására..

-Végül pedig a szervezet számára kalciumot biztosít, amely az izom összehúzódásának közvetítője, ugyanakkor korrigálja a hypokalemia állapotában előforduló acidózist..

referenciák

  1. Wikipedia. (2018). Kalcium-bikarbonát. Készült: en.wikipedia.org
  2. Sirah Dubois. (2017. október 3.). Mi a kalcium-bikarbonát? Lap forrása: livestrong.com
  3. Tudományos tanulási központ. (2018). Karbonát kémia. Lap forrása: sciencelearn.org.nz
  4. Pubchem. (2018). Kalcium-bikarbonát. Lap forrása: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  5. Amy E. Gerbracht és Irene Brückle. (1997). A kalcium-bikarbonát és a magnézium-bikarbonát-oldatok használata kis megőrzési műhelyeken: felmérési eredmények. A lap eredeti címe: cool.conservation-us.org