Карбонат кальция

Карбонат кальция (углекислый кальций, кальцит, известняк, мел, мрамор) — неорганическое химическое соединение, соль угольной кислоты и кальция. Химическая формула C a C O 3 {displaystyle {mathsf {CaCO_{3}}}} .

В природе встречается в виде многочисленных минералов, например, кальцита, арагонита и ватерита, является главной составной частью известняка, мрамора, мела, входит в состав скорлупы яиц птиц и пресмыкающихся, а также в состав раковин моллюсков и некоторых других беспозвоночных.

Нерастворим в воде и этаноле.

Зарегистрирован как белый пищевой краситель (E170).

Применение

Используется как белый пищевой краситель Е170. Являясь основой мела, используется для письма на досках. Используется в быту для побелки потолков, покраски стволов деревьев, для подщелачивания почвы в садоводстве.

Массовое производство/использование

Таблетки из карбоната кальция

Очищенный от примесей, карбонат кальция широко используется в бумажной и пищевой промышленности, в качестве наполнителя при производстве пластмасс, красок, резины, продукции бытовой химии, в строительстве.

При производстве бумаги карбонат кальция применяют одновременно в качестве отбеливателя, наполнителя, а также раскислителя.

Используется при производстве силикатного стекла, — материала для производства оконного стекла, стеклянных бутылок, стекловолокна.

Применяется при производстве предметов гигиены (например, зубной пасты), в медицине.

В пищевой промышленности часто используется в качестве препарата препятствующего слёживанию и для препятствования слипания в комки сухих молочных продуктах.

При употреблении сверх рекомендованной дозы (1,5 г в день) может вызывать молочно-щелочной синдром (синдром Бернетта). Рекомендован при болезнях костных тканей.

Производители пластмассы — одни из основных потребителей чистого карбоната кальция (более 50% всего потребления). Используемый в качестве наполнителя и пигмента, карбонат кальция необходим при производстве поливинилхлорида (PVC), полиэфирных волокон (кримплен, лавсан, и т. п.), полиолефинов. Изделия из данных видов пластмасс распространены повсеместно — это трубы, сантехника, кафельная плитка, черепица, линолеум, ковровые покрытия, и т.п. Карбонат кальция составляет порядка 20% красящего пигмента, используемого при производстве красок.

В строительстве

Строительство — ещё один из основных потребителей карбоната кальция. Например, в качестве наполнителя шпаклёвок и герметиков.

Также карбонат кальция является важным составным элементом при производстве продукции бытовой химии — средств для чистки сантехники, кремов для обуви.

Карбонат кальция широко применяется для раскисления кислых почв.

Нахождение в природе

Карбонат кальция находится в минералах в виде полиморфов:

• Арагонит
• Кальцит
• Фатерит (или μ-CaCO3)

Тригональная кристаллическая структура кальцита является наиболее распространённой.

Минералы карбоната кальция находятся в следующих горных породах:

• Мел
• Известняк
• Мрамор
• Травертин
• Доломит

• Кальцит

• Арагонит

• Мрамор

• Травертин

Геология

Залежи карбоната кальция в виде известняковых и меловых пластов — распространённое явление в земной коре. Они имеют органическое, реже хемогенное происхождение.

Органическое происхождение связано отложениями останков древних морских организмов: зоопланктона, моллюсков, кораллов и др., в основном, в меловой период.

Такие горные породы как известняк, мел, мрамор, травертин и другие известковые туфы практически полностью состоят из карбоната кальция с различными примесями.

В природе встречаются три кристаллические модификации карбоната кальция (минералы с одинаковым химическим составом, но с различной кристаллической структурой): кальцит, арагонит и фатерит (ватерит).

Кальцит является наиболее устойчивой и распространённой кристаллической модификацией карбоната кальция. Около 10 % всех осадочных пород составляют известняки, сложенные кальцитовыми останками раковин простейших морских организмов.

Арагонит является второй по устойчивости и распространённости кристаллической модификацией CaCO3. В основном формируется в раковинах моллюсков и скелетах кораллов. Также арагонит может образовываться при неорганических процессах (хемогенное происхождение), например, в карстовых пещерах или гидротермальных источниках в результате химического осаждения из водных растворов или при испарении воды.

Фатерит является наименее стабильной разновидностью карбоната кальция и очень быстро превращается в воде либо в кальцит, либо в арагонит. В природе встречается относительно редко, когда его кристаллическая структура стабилизирована теми или иными примесями.

Получение

Подавляющее количество карбоната кальция, добывающееся из полезных ископаемых, используется в промышленности. Чистый карбонат кальция (например, для производства продуктов питания или использования в фармацевтических целях), может быть изготовлен из природного минерала с малым количеством вредных примесей, например, из мрамора.

В лаборатории карбонат кальция может быть приготовлен предварительным гашением оксида кальция — негашёной извести. При этом образуется гидроксид кальция, и затем в суспензию продувается углекислый газ для получения карбоната кальция:

C a O + H 2 O ⟶ C a ( O H ) 2 , {displaystyle {mathsf {CaO+H_{2}Olongrightarrow Ca(OH)_{2}}},} C a ( O H ) 2 + C O 2 ⟶ C a C O 3 ↓ + H 2 O . {displaystyle {mathsf {Ca(OH)_{2}+CO_{2}longrightarrow CaCO_{3}downarrow +H_{2}O}}.}

Химические свойства

При нагревании до 900—1000 °C разлагается на кислотный оксид — углекислый газ CO2 и основный оксид — негашёную известь CaO:

C a C O 3 ⟶ C a O + C O 2 ↑ . {displaystyle {mathsf {CaCO_{3}longrightarrow CaO+CO_{2}uparrow }}.}

Растворяется в воде при избытке углекислого газа, образуя кислую соль — гидрокарбонат кальция Ca(HCO3)2:

C a C O 3 + C O 2 + H 2 O ⟶ C a ( H C O 3 ) 2 . {displaystyle {mathsf {CaCO_{3}+CO_{2}+H_{2}Olongrightarrow Ca(HCO_{3})_{2}}}.} .

Из-за этой реакции образуются сталактиты, сталагмиты. Природные подземные воды, обильные углекислом газом, растворяют плохо растворимый карбонат кальция с образованием много лучше растворимого в воде гидрокарбоната кальция, при выделении подземной воды в виде капель с потолков пещер при попадании в воздух с низкой концентрацией углекислого газа происходит обратная реакция превращения гидрокарбоната кальция в плохо растворимый осадок карбоната кальция, образующего красивые природные формы в пещерах, и из-за этого же механизма образуются карстовые пещеры.

При обжиге с температурой свыше 1500 °C с углеродом, например, в форме кокса, образует карбид кальция и угарный газ:

C a C O 3 + 4 C ⟶ C a C 2 + 3 C O ↑ {displaystyle {mathsf {CaCO_{3}+4Clongrightarrow CaC_{2}+3COuparrow }}} .

Реагирует с сильными кислотами с вытеснением угольной кислоты, которая тут же разлагается на воду и углекислый газ:

C a C O 3 + 2 H C l → C a C l 2 + C O 2 ↑ + H 2 O . {displaystyle {mathsf {CaCO_{3}+2HCl ightarrow CaCl_{2}+CO_{2}uparrow +H_{2}O}}.}

Данная реакция используется для лабораторного получения углекислого газа в аппарате Киппа

Биологическое значение

Карбонат кальция считается нетоксичным веществом. ПДК 180 мг/дм³ (в воде, с обязательным контролем по ионам кальция). ЛД50 на крысах около 6400 мг/кг.