Карбонат кальция

CaCO₃

Карбонат кальция — неорганическое соединение, соль кальция и угольной кислоты.

Видеофрагмент: «Получение карбоната кальция»

Получение: к раствору нитрата натрия приливаем раствор хлорида кальция.

Внешний вид: осадок белого цвета.

Физические свойства

Карбонат кальция существует в нескольких формах, наиболее распространённые из которых:

• Кальцит (тригональная кристаллическая структура).
• Арагонит (орторомбическая кристаллическая структура).
• Мел (аморфная форма).

Рассмотрим свойства каждой формы отдельно.

• Кальцит: Прозрачные или полупрозрачные кристаллы, часто бесцветные, но могут иметь оттенки из-за примесей.
• Арагонит: Игольчатые или призматические кристаллы, обычно белого или светло-жёлтого цвета.
• Мел: Мягкий, белый, мелкозернистый порошок.

Все формы карбоната кальция не плавится, а разлагается при нагревании. При температуре около 825 °C он разлагается с образованием оксида кальция (CaO) и углекислого газа (CO₂):

Карбонат кальция плохо растворим в воде. При комнатной температуре (20 °C) его растворимость составляет примерно 0,0014 г на 100 г воды. Растворимость увеличивается в присутствии углекислого газа (CO₂) за счёт образования растворимого гидрокарбоната кальция:

Механические свойства кальцит-хрупкий, твёрдость по шкале Мооса — 3, арагонит- хрупкий, твёрдость по шкале Мооса — 3,5–4, мел-мягкий, легко крошится.

Карбонат кальция устойчив при комнатной температуре, но при нагревании выше 825 °C начинает разлагаться. Карбонат кальция обладает низкой теплопроводностью, что делает его полезным в теплоизоляционных материалах.

Получение

1. Взаимодействие кислотных и основных оксидов

2. Реакция ангидридов неустойчивых кислот с основаниями

При постепенном добавлении газа раствор сначала мутнеет из-за образования
нерастворимой средней соли, а потом вновь становится прозрачным, т.к. кислая соль растворима.
Помутнение известковой воды — качественная реакция на углекислый газ.

3. Нейтрализация кислых минеральных солей

4. Ионный обмен с выпадением осадка

5. Нейтрализация кислот и оснований

6. Разложение кислых солей

Применение

Карбонат кальция широко используется в строительной отрасли:

• Производство цемента:
  • Является основным сырьём для производства портландцемента.
  • При нагревании до 825 °C разлагается на оксид кальция (CaO) и углекислый газ (CO₂), что является ключевым этапом в производстве цемента.
• Известняк и мрамор:
  • Используется как строительный материал для возведения зданий, мостов и других сооружений.
  • Мрамор применяется для отделки интерьеров и создания декоративных элементов.
• Известь:
  • При нагревании карбоната кальция получают негашёную известь (CaO), которая используется для приготовления строительных растворов и штукатурки.

Карбонат кальция используется в стекольной промышленности:

• Компонент стекольной шихты:
  • Добавляется в состав стекла для улучшения его механических и оптических свойств.
  • Снижает температуру плавления стекла и повышает его прозрачность.

Карбонат кальция применяется в сельском хозяйстве для улучшения качества почвы и питания растений:

• Известкование почв:
  • Используется для снижения кислотности почвы (раскисления).
  • Улучшает структуру почвы, повышая её рыхлость и водопроницаемость.
• Удобрения:
  • Служит источником кальция для растений, необходимого для роста корневой системы и укрепления клеточных стенок.
  • Добавляется в комплексные удобрения.

Карбонат кальция используется в пищевой промышленности как добавка:

• Пищевая добавка E170:
  • Применяется как краситель, стабилизатор и источник кальция.
  • Добавляется в хлебобулочные изделия, молочные продукты, напитки и консервы.
• Обогащение продуктов кальцием:
  • Используется для повышения содержания кальция в продуктах, таких как молоко, соки и детское питание.
• Регулятор кислотности:
  • Добавляется в продукты для стабилизации pH.

Карбонат кальция широко используется в бумажной промышленности:

• Наполнитель:
  • Добавляется в бумажную массу для улучшения гладкости, белизны и непрозрачности бумаги.
  • Снижает стоимость производства бумаги, заменяя часть целлюлозы.
• Покрытие:
  • Используется для создания мелованных поверхностей на бумаге, что улучшает её печатные свойства.

Карбонат кальция используется в химической промышленности для различных процессов:

• Производство соды:
  • Является сырьём для получения кальцинированной соды (Na₂CO₃) по аммиачно-содовому методу (процесс Сольве).
• Нейтрализация кислот:
  • Применяется для нейтрализации кислых сточных вод и промышленных отходов.
• Производство других соединений кальция:
  • Используется как исходный материал для получения хлорида кальция, гидроксида кальция и других соединений.

Карбонат кальция применяется в медицине благодаря своей биосовместимости:

• Лекарственные препараты:
  • Используется как антацид для снижения кислотности желудочного сока.
  • Входит в состав препаратов для лечения дефицита кальция.
• Биосовместимые материалы:
  • Применяется для изготовления костных имплантатов и зубных протезов.

Карбонат кальция используется в производстве пластмасс и резины:

• Наполнитель:
  • Добавляется в пластмассы и резину для улучшения их механических свойств, таких как прочность и износостойкость.
  • Снижает стоимость производства, заменяя часть полимеров.

Карбонат кальция применяется в производстве красок и покрытий:

• Наполнитель:
  • Добавляется в краски для улучшения их укрывистости и белизны.
  • Используется в производстве лаков и эмалей.