โครงสร้างแคลเซียมไบคาร์บอเนตคุณสมบัติความเสี่ยงและการใช้งาน



แคลเซียมไบคาร์บอเนต เป็นเกลืออนินทรีย์ที่มีสูตรทางเคมี Ca (HCO)3)2. มันมีต้นกำเนิดจากธรรมชาติจากแคลเซียมคาร์บอเนตที่มีอยู่ในหินปูนและแร่ธาตุเช่นแคลเซียมคาร์บอเนต.

แคลเซียมไบคาร์บอเนตละลายได้ในน้ำมากกว่าแคลเซียมคาร์บอเนต ลักษณะนี้อนุญาตให้มีการก่อตัวของระบบ karst ในหินปูนและในโครงสร้างของถ้ำ.

น้ำใต้ดินที่ผ่านรอยร้าวนั้นจะอิ่มตัวในการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) น้ำเหล่านี้กัดกร่อนหินปูนที่ปล่อยแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO)3) ที่จะสร้างแคลเซียมไบคาร์บอเนตตามปฏิกิริยาต่อไปนี้:

แคลเซียมคาร์บอเนต3(s) + CO2(g) + H2O (l) => Ca (HCO)3)2(Aq)

ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในถ้ำที่มีน้ำกระด้างมาก แคลเซียมไบคาร์บอเนตไม่พบในสถานะของแข็ง แต่อยู่ในสารละลายที่เป็นน้ำพร้อมกับ Ca2+, ไบคาร์บอเนต (HCO)3-) และคาร์บอเนตไอออน (CO.)32-).

ต่อจากนั้นเมื่อความอิ่มตัวของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำลดลงจะเกิดปฏิกิริยาการย้อนกลับกล่าวคือการเปลี่ยนแปลงของแคลเซียมไบคาร์บอเนตเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต:

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

แคลเซียมคาร์บอเนตละลายได้ไม่ดีในน้ำทำให้เกิดการตกตะกอนในรูปของแข็ง ปฏิกิริยาข้างต้นมีความสำคัญมากในการก่อตัวของหินย้อยหินงอกและ speleothems อื่น ๆ ในถ้ำ.

โครงสร้างหินเหล่านี้เกิดจากหยดน้ำที่ตกลงมาจากเพดานถ้ำ (ภาพบนสุด) The CaCO3 ปัจจุบันในหยดน้ำจะตกผลึกเพื่อสร้างโครงสร้างดังกล่าว.

ความจริงที่ว่าแคลเซียมไบคาร์บอเนตไม่พบในสถานะของแข็งทำให้การใช้ยากและพบตัวอย่างน้อย นอกจากนี้ยังเป็นการยากที่จะค้นหาข้อมูลเกี่ยวกับพิษของมัน มีรายงานชุดของผลข้างเคียงของการใช้เป็นการรักษาเพื่อป้องกันโรคกระดูกพรุน.

โครงสร้าง

แอนไอออน HCO สองตัวจะแสดงในภาพด้านบน3- และไอออนบวก2+ การโต้ตอบกับไฟฟ้าสถิต แคลิฟอร์เนีย2+ ตามภาพมันควรจะอยู่ตรงกลางเนื่องจากนั่นเป็นวิธี HCOs3- พวกเขาจะไม่ผลักกันเพราะค่าใช้จ่ายติดลบ.

ประจุลบใน HCO3- มันจะถูกแยกออกระหว่างอะตอมออกซิเจนสองอะตอมโดยการสั่นพ้องระหว่างกลุ่ม C = O คาร์บอนิลและพันธะ C-O-; ในขณะที่อยู่ใน CO32-, นี่คือ delocalized ระหว่างอะตอมออกซิเจนสามตัวเนื่องจากพันธะ C-OH ถูก deprotonated และสามารถรับประจุลบได้ด้วยการสั่นพ้อง.

รูปทรงเรขาคณิตของไอออนเหล่านี้ถือได้ว่าเป็นทรงกลมของแคลเซียมที่ล้อมรอบด้วยสามเหลี่ยมคาร์บอเนตแบบแบนที่มีปลายไฮโดรเจน ในแง่ของขนาดสัดส่วนแคลเซียมมีขนาดเล็กกว่าไอออน HCO อย่างเห็นได้ชัด3-.

สารละลายน้ำ

The Ca (HCO)3)2 มันไม่สามารถก่อตัวเป็นผลึกของแข็งและมันประกอบไปด้วยสารละลายน้ำของเกลือนี้ ในพวกเขาไอออนไม่ได้โดดเดี่ยวอย่างที่เห็นในภาพ แต่ล้อมรอบด้วยโมเลกุล H2O.

พวกเขามีปฏิสัมพันธ์อย่างไร แต่ละไอออนล้อมรอบด้วยทรงกลมชุ่มชื้นซึ่งจะขึ้นอยู่กับโลหะขั้วและโครงสร้างของสายพันธุ์ที่ละลาย.

แคลิฟอร์เนีย2+ ประสานงานกับอะตอมออกซิเจนของน้ำเพื่อสร้าง aquocomplex, Ca (OH)2)n2+, โดยที่ n ถูกพิจารณาโดยทั่วไปว่าเป็นหก นั่นคือ "น้ำแปดด้าน" รอบแคลเซียม.

ในขณะที่ประจุลบ HCO3- ทำปฏิกิริยากับพันธะไฮโดรเจน (OR)2CO-H-OH2) หรือกับอะตอมไฮโดรเจนในน้ำในทิศทางของ delocalises ประจุลบ (HOCO)2- H-OH, ไดโพล - ไอออนปฏิสัมพันธ์).

ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ระหว่าง Ca2+, HCO3- และน้ำมีประสิทธิภาพมากจนทำให้แคลเซียมไบคาร์บอเนตละลายได้ในตัวทำละลาย ไม่เหมือนกับ CaCO3, ซึ่งสถานที่น่าสนใจไฟฟ้าสถิตระหว่าง Ca2+ และ บริษัท32- มีความแข็งแรงมากตกตะกอนจากสารละลายน้ำ.

นอกจากน้ำแล้วยังมีโมเลกุล CO2 รอบซึ่งตอบสนองช้าเพื่อให้ HCO มากขึ้น3- (ขึ้นอยู่กับค่า pH).

ของแข็งสมมุติฐาน

จนถึงขนาดและค่าใช้จ่ายของไอออนใน Ca (HCO)3)2, และการปรากฏตัวของน้ำอธิบายว่าทำไมสารประกอบที่เป็นของแข็งไม่อยู่; นั่นคือผลึกบริสุทธิ์ที่สามารถโดดเด่นด้วย X-ray crystallography The Ca (HCO)3)2 ไม่มีอะไรมากไปกว่าไอออนที่มีอยู่ในน้ำซึ่งการก่อตัวของโพรงยังคงเติบโต.

ใช่ค่ะ2+ และ HCO3- สามารถแยกได้จากน้ำโดยหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาเคมีต่อไปนี้:

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

จากนั้นสามารถจัดกลุ่มในของแข็งผลึกสีขาวที่มีสัดส่วนสโตอิชิโอเมตริก 2: 1 (2HCO3/ 1Ca) ไม่มีการศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างของมัน แต่สามารถเปรียบเทียบกับ NaHCO ได้3 (สำหรับแมกนีเซียมไบคาร์บอเนต Mg (HCO)3)2, ไม่มีอยู่จริง) หรือกับ CaCO3.

ความเสถียร: NaHCO3 vs Ca (HCO)3)2

The NaHCO3 ตกผลึกในระบบ monoclinic และ CaCO3 ในระบบ trigonal (calcite) และ orthorhombic (aragonite) ถ้านาถูกแทนที่+ สำหรับ Ca2+, เครือข่ายผลึกจะถูกทำให้เสถียรโดยขนาดที่แตกต่างกันมากขึ้น นั่นคือนา+ เพราะมันมีขนาดเล็กลงทำให้เกิดผลึกที่เสถียรกว่าด้วย HCO3- เมื่อเทียบกับ Ca2+.

ในความเป็นจริง Ca (HCO)3)2(aq) ต้องการน้ำระเหยเพื่อให้ไอออนของมันสามารถจัดกลุ่มในคริสตัล; แต่ตาข่ายคริสตัลของอันนี้ไม่แข็งแรงพอที่จะทำที่อุณหภูมิห้อง เมื่อน้ำอุ่นปฏิกิริยาการสลายตัวจะเกิดขึ้น (สมการข้างต้น).

เป็นไอออนไอ+ ในการแก้ปัญหานี้จะสร้างผลึกด้วย HCO3- ก่อนที่ความร้อนจะสลายตัว.

เหตุผลนั้นทำไม Ca (HCO)3)2 มันไม่ตกผลึก (ในทางทฤษฎี) มันเป็นความแตกต่างของอิออนรัศมีหรือขนาดของไอออนซึ่งไม่สามารถสร้างผลึกที่มั่นคงก่อนการสลายตัว.

Ca (HCO)3)2 เทียบกับ CaCO3

หากตรงกันข้าม H ก็ถูกเพิ่มเข้ามา+ ไปยังโครงสร้างผลึกของ CaCO3, พวกเขาจะเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพของพวกเขาอย่างมาก บางทีจุดหลอมเหลวของมันลดลงอย่างเห็นได้ชัดและแม้กระทั่งสัณฐานของผลึกก็ปรับเปลี่ยน.

มันจะคุ้มค่าที่จะลองการสังเคราะห์ Ca (HCO) หรือไม่3)2 แข็ง? ความยากลำบากอาจเกินความคาดหมายและเกลือที่มีความมั่นคงของโครงสร้างต่ำอาจไม่ให้ประโยชน์เพิ่มเติมอย่างมีนัยสำคัญในการใช้งานใด ๆ ที่ใช้เกลืออื่น ๆ อยู่แล้ว.

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

สูตรทางเคมี

Ca (HCO)3)2

น้ำหนักโมเลกุล

162.11 g / mol

สภาพร่างกาย

มันไม่ปรากฏในสถานะของแข็ง มันถูกพบในสารละลายที่เป็นน้ำและพยายามที่จะเปลี่ยนเป็นของแข็งโดยการระเหยของน้ำไม่ได้ผลเพราะมันถูกเปลี่ยนเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต.

การละลายในน้ำ

16.1 g / 100 ml ที่ 0 ° C; 16.6 g / 100 ml ที่ 20 ° C และ 18.4 g / 100 ml ที่ 100 ° C ค่าเหล่านี้บ่งบอกถึงความสัมพันธ์ที่สูงของโมเลกุลน้ำสำหรับไอออน Ca (HCO)3)2, ตามที่อธิบายไว้ในส่วนก่อนหน้า ในขณะเดียวกัน CaCO เพียง 15 มก3 พวกมันละลายในน้ำหนึ่งลิตรซึ่งสะท้อนการเกิดปฏิกิริยาที่แข็งแกร่งของพวกเขา.

เพราะ Ca (HCO)3)2 มันไม่สามารถก่อตัวเป็นของแข็งได้ แต่ความสามารถในการละลายนั้นไม่สามารถหาได้จากการทดลอง อย่างไรก็ตามให้เงื่อนไขที่สร้างขึ้นโดย CO2 ละลายในน้ำรอบ ๆ หินปูนสามารถคำนวณมวลของแคลเซียมที่ละลายที่อุณหภูมิ T มวลซึ่งจะเท่ากับความเข้มข้นของ Ca (HCO)3)2.

ที่อุณหภูมิแตกต่างกันมวลที่ละลายจะเพิ่มขึ้นตามค่าที่ 0, 20 และ 100 ° C ดังนั้นตามการทดลองเหล่านี้จำนวน Ca (HCO) ที่กำหนดไว้3)2 ละลายในบริเวณใกล้เคียงกับ CaCO3 ในน้ำที่มีแก๊สให้เป็นแก๊สด้วย CO2. เมื่อ CO หนีออกมา2 ก๊าซ, CaCO3 จะเร่งรัด แต่ไม่ใช่ Ca (HCO)3)2.

ฟิวชั่นและจุดเดือด

เครือข่ายผลึกของ Ca (HCO)3)2 อ่อนแอกว่า CaCO มาก3. หากสามารถรับได้ในสถานะของแข็งและวัดอุณหภูมิที่หลอมละลายภายในเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าก็จะได้รับค่าต่ำกว่า899ºC ในทำนองเดียวกันอาจคาดหวังสิ่งเดียวกันนี้ในการหาจุดเดือด.

จุดเผาไหม้

ไม่ติดไฟ.

ความเสี่ยง

เนื่องจากสารประกอบนี้ไม่มีอยู่ในรูปของแข็งจึงไม่น่าเป็นไปได้ที่จะเป็นตัวแทนของความเสี่ยงในการจัดการกับสารละลายน้ำเนื่องจากทั้งสอง2+ ในฐานะ HCO3- ไม่เป็นอันตรายที่ความเข้มข้นต่ำ และดังนั้นความเสี่ยงที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่จะนำไปสู่การแก้ปัญหาดังกล่าวอาจเกิดจากการบริโภคแคลเซียมที่อันตรายเท่านั้น.

หากสารประกอบเกิดเป็นของแข็งแม้ว่ามันอาจจะแตกต่างจาก CaCO ก็ตาม3, พิษของมันอาจไม่เกินความรู้สึกไม่สบายและการผ่าตัดหลังจากสัมผัสทางกายภาพหรือสูดดม.

การใช้งาน

-สารละลายแคลเซียมไบคาร์บอเนตถูกใช้เป็นเวลานานในการล้างกระดาษเก่าโดยเฉพาะงานศิลปะหรือเอกสารสำคัญทางประวัติศาสตร์.

-การใช้สารละลายไบคาร์บอเนตนั้นมีประโยชน์ไม่เพียง แต่จะช่วยทำให้กรดในกระดาษเป็นกลางขึ้นเท่านั้น สารประกอบสุดท้ายนี้ช่วยป้องกันความเสียหายในอนาคตบนกระดาษ.

-เช่นเดียวกับไบคาร์บอเนตอื่น ๆ มันถูกใช้ในยีสต์เคมีและในสูตรของเม็ดฟู่หรือผง นอกจากนี้แคลเซียมไบคาร์บอเนตยังใช้เป็นสารเติมแต่งอาหาร (สารละลายของเกลือนี้).

-โซลูชั่นไบคาร์บอเนตถูกนำมาใช้ในการป้องกันโรคกระดูกพรุน อย่างไรก็ตามผลกระทบรองเช่น hypercalcemia, การเผาผลาญ alkalosis และภาวะไตวายได้รับการสังเกตในกรณีหนึ่ง.

-มีการให้แคลเซียมไบคาร์บอเนตบางครั้งทางหลอดเลือดดำเพื่อแก้ไขอาการซึมเศร้าของภาวะ hypokalemia ต่อการทำงานของหัวใจ.

-และในที่สุดก็ให้แคลเซียมแก่ร่างกายซึ่งเป็นผู้ไกล่เกลี่ยของการหดตัวของกล้ามเนื้อในเวลาเดียวกันกับที่มันแก้ไขภาวะความเป็นกรดที่สามารถเกิดขึ้นได้ในภาวะ hypokalemia.

การอ้างอิง

  1. วิกิพีเดีย (2018) แคลเซียมไบคาร์บอเนต นำมาจาก: en.wikipedia.org
  2. Sirah Dubois (3 ตุลาคม 2017) แคลเซียมไบคาร์บอเนตคืออะไร? ดึงมาจาก: livestrong.com
  3. ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (2018) เคมีคาร์บอเนต สืบค้นจาก: sciencelearn.org.nz
  4. PubChem (2018) แคลเซียมไบคาร์บอเนต สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  5. Amy E. Gerbracht & Irene Brückle (1997) การใช้สารละลายแคลเซียมไบคาร์บอเนตและแมกนีเซียมไบคาร์บอเนตในการประชุมเชิงปฏิบัติการการอนุรักษ์ขนาดเล็ก: ผลการสำรวจ สืบค้นจาก: cool.conservation-us.org