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| Kalziumkarbonat | |
|---|---|
| Andere Namen | Kalkstein; Calcit; aragonite; Kreide; Marmor |
| Bezeichner | |
| CAS Zahl | [471-34-1] |
| Eigenschaften | |
| Molekulare Formel | CaCO3 |
| Molare Masse | 100.087 g/mol |
| Aussehen | Weißes Puder. |
| Dichte | 2.71 g/cm ³ (Calcit); 2.83 g/cm ³ (aragonite) |
| Schmelzpunkt |
°C 825 zerlegt |
| Siedepunkt |
Zerlegt |
| Löslichkeit in Wasser | Unlöslich |
| Struktur | |
| Molekulare Form | Linear |
| Gefahren | |
| Hauptsächlich Gefahren | Nicht gefährlich. |
| NFPA 704 |
0
0
0
|
| R-Phrasen | R36, R37, R38 |
| S-Phrasen | S26, S36 |
| Flammpunkt | Nicht brennbar. |
| Für ausgenommen, wo anders gemerkt, Daten gegeben werden Materialien in ihrem Standardzustand (bei 25 °C, kPa 100) Infobox Verzicht und Hinweise |
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Kalziumkarbonat ist a Chemikaliemittel mit chemische Formel CACO3. Es ist eine allgemeine Substanz, die wie gefunden wird Felsen in allen Teilen der Welt und ist der Hauptbestandteil von Oberteile der Marineorganismen, Schneckenund Eierschalen. Kalziumkarbonat ist- die Aktivsubstanz innen Kalkdüngerund normalerweise ist die Hauptursache von hartes Wasser. Es ist medizinisch als a allgemein verwendet Kalzium ergänzen Sie oder als Antiacidum, aber hoher Verbrauch kann gefährlich sein.
Inhalt |
Kalziumkarbonat wird natürlich als das folgende gefunden Mineralien und Felsen:
Kalziumkarbonat teilt die typischen Eigenschaften anderer Karbonate. Vornehmlich:
Kalziumkarbonat reagiert mit Wasser, das mit Kohlendioxyd gesättigt wird, um das Lösliche zu bilden Kalziumbicarbonat.
Diese Reaktion ist in wichtig Abnutzung von Karbonatfelsen, bildend Höhlenund führt zu hartes Wasser in vielen Regionen.
Die beträchtliche Majorität des Kalziumkarbonats benutzt in der Industrie wird extrahiert, indem man gewinnt oder abbaut. Reines Kalziumkarbonat (z.B. für Nahrung oder pharmazeutischen Gebrauch), kann aus einer reinen abgebauten Quelle (normalerweise Marmor) produziert werden.
Wechselweise, Kalziumoxid wird vorbei vorbereitet Kalzinieren grobes Kalziumkarbonat. Wasser wird Geben hinzugefügt Kalziumhydroxidund Kohlendioxyd wird durch diese Lösung überschritten, um das gewünschte Kalziumkarbonat auszufällen, bezogen in der Industrie als ausgefälltes Kalziumkarbonat (PCC):[1]
Der Hauptgebrauch des Kalziumkarbonats ist- im Baugewerbe, entweder als Baumaterial aus eigenem Recht (z.B. Marmor) oder Kalksteingesamtheit für das Roadbuilding oder als Bestandteil von Kleber oder als das Ausgangsmaterial für die Vorbereitung des Kalkes des Erbauers durch das Brennen in einem Brennofen.
Kalziumkarbonat wird auch in der Reinigung von benutzt Eisen von Eisenerz in a Hochofen. Kalziumkarbonat wird kalziniert in situ Kalziumoxid zu geben, das eine Schlacke mit den verschiedenen vorhandenen Verunreinigungen bildet, und trennt sich vom gereinigten Eisen.[2]
Kalziumkarbonat wird auch in benutzt Erdölindustrie in bohrenflüssigkeiten als belastendes Material, zum der Dichte auf Steuerdownhole Druck zu erhöhen.
Kalziumkarbonat ist- als Ergänzung in den Farben am meisten benutzt,[3] insbesondere Mattemulsionfarbe, wo gewöhnlich 30% nach Gewicht der Farbe entweder Kreide oder Marmor ist.
Kalziumkarbonat ist- auch als Füller im Plastik am meisten benutzt.[3] Einige typische Beispiele schließen das herum 15 bis 20% Laden der Kreide im uPVC Abflußrohr, 5 bis 15% Laden von Stearat beschichteter Kreide oder Marmor im uPVC Fensterprofil ein. Feines Grundkalziumkarbonat ist- ein wesentlicher Bestandteil im mikroporösen Film, der in den Babys benutzt wird Windeln und einige Gebäudefilme als die Poren sind um die Kalziumkarbonatpartikel während der Herstellung des Filmes durch das zweiachsige Ausdehnen kernhaltig. Es ist auch mit gemischt worden ABSund andere Bestandteile, etwas Arten Kompression zu bilden formten „Lehm“ Schürhakenspäne.
Kalziumkarbonat wird auch in einer breiten Strecke des Handels und DIY Kleber, Dichtungsmittel und Verzieren der Füller benutzt.[3] Kleber der keramischen Fliese enthalten gewöhnlich 70 bis 80% den Kalkstein. Sprungfüller verzierend, enthalten Sie ähnliche Niveaus des Marmors oder des Dolomite. Es wird auch mit Kitt bei der Einstellung gemischt beflecktes Glas Fenster und wie widerstehen, zum zu verhindern, daß Glas an den Brennofenregalen haftet, wenn Glasuren und Farben an der Hochtemperatur abgefeuert werden.
Kalziumkarbonat bekannt wie Kalktünchen in Keramik/glazing Anwendungen,[3] wo es wie ein allgemeiner Bestandteil für viele Glasuren in seiner weißen pulverisierten Form verwendet wird. Wenn eine Glasur, die dieses Material enthält, in einem Brennofen abgefeuert wird, dient die Kalktünche als a Fluß Material in der Glasur.
In Nordamerika hat Kalziumkarbonat angefangen, zu ersetzen Kaolin in der Produktion des glatten Papiers. Europa hat dieses als alkalische Papierherstellung oder säurefreie Papierherstellung für bestimmte Dekaden geübt. Karbonate sind in den Formen vorhanden: Grundkalziumkarbonat (GCC) oder ausgefälltes Kalziumkarbonat (PCC). Das letzte hat eine sehr feine und kontrollierte Teilchengröße, auf dem Auftrag von 2 Mikrometern im Durchmesser, nützlich in den Schichten für Papier.
Verwendet in den Swimming-pools als pH Korrektor für das Beibehalten Alkalinität „Puffer“, zum der säurehaltigen Eigenschaften des desinfizierenden Mittels zu versetzen.
Es wird allgemein benannt Kreide da es ein Hauptbestandteil der Tafelkreide gewesen ist. Kreide kann entweder aus Kalziumkarbonat bestehen oder Gips, hydratisiert Kalziumsulfat CaSO4·2H2O.
Kalziumkarbonat ist- medizinisch als billige diätetische Kalziumergänzung am meisten benutzt oder Antiacidum.[4] Es kann als a verwendet werden Phosphatbinder für die Behandlung von Hyperphosphatämie (hauptsächlich bei Patienten mit chronischer Nierenausfall). Es wird auch in der pharmazeutischen Industrie als träger Füller für verwendet Tabletten und andere pharmazeutische Produkte.[5] Kalziumkarbonat wird auch in der Homöopathie benutzt. Es ist eins der konstitutionellen Hilfsmittel.
Überschüssiges Kalzium von den Ergänzungen, verstärkte Nahrung und high-calcium Diäten, kann das „Milchalkalisyndrom verursachen,“, das ernste Giftigkeit hat und tödlich sein kann. 1915 stellte Bertram Sippy die „Sippy Regierung“ der stündlichen Einnahme von Milch und von Creme und die stufenweise Hinzufügung der Eier vor und kochte das Getreide, für 10 Tage, kombiniert mit alkalischen Pudern, die symptomatische Entlastung für Verdauungs- Geschwürkrankheit zur Verfügung stellten. Über den folgenden einigen Dekaden ergab die Sippy Regierung Nierenausfall, Alkalosis und hypercalemia, meistens in den Männern mit Verdauungs- Geschwürkrankheit. Diese schädlichen Wirkungen wurden aufgehoben, als die Regierung, die, aber gestoppt wurden, es bei einigen Patienten mit dem langwierigen Erbrechen tödlich waren. Melken Sie das Alkalisyndrom, das in den Männern nach wirkungsvollen Behandlungen für Verdauungs- Geschwürkrankheit gesunken wird. Aber während der letzten 15 Jahre, ist es in den Frauen berichtet worden, die Kalziumergänzungen über der empfohlenen Strecke Magnesium Tageszeitung 1200 bis 1500, für Verhinderung und Behandlung der Osteoporose nehmen und wird durch Dehydratisierung verbittert. Kalzium ist im Freiverkehr gehandelten Produkten hinzugefügt worden, das zum unbeabsichtigten übermäßigen Einlaß beiträgt. Übermäßiger Kalziumeinlaß kann zu führen hypercalcemia, von dem Komplikationen das Erbrechen einschließen, Abdominal- Schmerz und geänderter Geistesstatus.[6]
Eine Form von Nahrungsmittelzusatz wird als E170 gekennzeichnet.[7] Es wird in einigem verwendet Sojabohnenölmilch Produkte als Quelle des diätetischen Kalziums; eine Studie schlägt vor, daß Kalziumkarbonat sein konnte bioavailable als das Kalzium in der Milch der Kuh.[8]
1989 führte ein Forscher, Ken Simmons, CaCO ein3 in den whetstone-Bach in Massachusetts.[9] Seine Hoffnung war, daß das Kalziumkarbonat der Säure im Strom vom sauren Regen und außer der Forelle widersprechen würde, die aufgehört hatte zu laichen. Obgleich sein Experiment ein Erfolg war, erhöhte es die Aluminiummengen Ionen im Bereich des Baches, der nicht mit dem Kalkstein behandelt wurde. Dieses zeigt dieses CaCO3 kann hinzugefügt werden, um die Effekte des sauren Regens innen zu neutralisieren Fluß Oekosysteme. Z.Z. wird Kalziumkarbonat benutzt, um säurehaltige Bedingungen im Boden und im Wasser zu neutralisieren.[10][11]
| Gleichgewicht-Druck von Co2 überCaCO3[12] | |
|---|---|
| °C 550 | 0.055 kPA |
| °C 587 | 0.13 kPA |
| °C 605 | 0.31 kPA |
| °C 680 | k 1.80PA |
| °C 727 | 5.9 kPA |
| °C 748 | 9.3 kPA |
| °C 777 | 14 kPA |
| °C 800 | 24 kPA |
| °C 830 | 34 kPA |
| °C 852 | 51 kPA |
| °C 871 | 72 kPA |
| °C 881 | 80 kPA |
| °C 891 | 91 kPA |
| °C 898 | 101 kPA |
| °C 937 | 179 kPA |
| °C 1082 | 901 kPA |
| °C 1241 | 3961 kPA |
Calcination vom Kalkstein mit Holzkohlefeuern zu produzieren ätzkalk ist seit Altertum durch Kulturen auf der ganzen Erde geübt worden. Die Temperatur, bei der Kalkstein Kalziumoxid erbringt, wird normalerweise als °C 825 gegeben, aber Angeben einer Hörschwelle ist irreführend. Kalziumkarbonat besteht im Gleichgewicht mit Kalziumoxid und Kohlendioxyd bei jeder möglicher Temperatur. Bei jeder Temperatur gibt es a teilweiser Druck vom Kohlendioxyd, das im Gleichgewicht mit Kalziumkarbonat ist. Bei Zimmertemperatur bevorzugt das Gleichgewicht überwältigend Kalziumkarbonat, weil das Gleichgewicht Co2 Druck ist nur ein kleiner Bruch der teilweisen Co2 Druck in einer Luft, die ungefähr 0.035 k istPA.
Bei den Temperaturen über °C 550 das Gleichgewicht Co2 Druck fängt an, die Co zu übersteigen2 Druck in einer Luft. So über °C 550, fängt Kalziumkarbonat zu den outgas Co an2 in Luft. Aber in einer Holzkohle feuerte Brennofen, die Konzentration von Co ab2 seien Sie viel höher, als es in einer Luft ist. In der Tat, wenn aller Sauerstoff im Brennofen im Feuer verbraucht wird, dann der teilweise Druck von Co2 im Brennofen kann wie 20 k so hoch seinPA.
Die Tabelle zeigt, daß dieser Gleichgewichtdruck nicht erzielt wird, bis die Temperatur fast 800 °C. ist. Für das Outgassing von Co2 vom Kalziumkarbonat, zum mit einer ökonomisch nützlichen Rate zu geschehen, muß der Gleichgewichtdruck den umgebenden Druck von Co erheblich übersteigen2. Und damit er schnell, der Gleichgewichtdruck muß totalatmosphärischen druck von 101 k übersteigen geschiehtPA, das bei 898 °C. geschieht.
| Kalziumionenlöslichkeit als Funktion von Co2 teilweiser Druck bei °C 25 |
||
|---|---|---|
| (ATM) | pH | [CA2+] (mol/L) |
| 10−12 | 12.0 | 5.19 × 10−3 |
| 10−10 | 11.3 | 1.12 × 10−3 |
| 10−8 | 10.7 | 2.55 × 10−4 |
| 10−6 | 9.83 | 1.20 × 10−4 |
| 10−4 | 8.62 | 3.16 × 10−4 |
| 3.5 × 10−4 | 8.27 | 4.70 × 10−4 |
| 10−3 | 7.96 | 6.62 × 10−4 |
| 10−2 | 7.30 | 1.42 × 10−3 |
| 10−1 | 6.63 | 3.05 × 10−3 |
| 1 | 5.96 | 6.58 × 10−3 |
| 10 | 5.30 | 1.42 × 10−2 |
Kalziumkarbonat ist- im reinen Wasser schlecht löslich. Das Gleichgewicht seiner Lösung wird durch die Gleichung gegeben (mit aufgelöstem Kalziumkarbonat auf dem Recht):
| CaCO3 ⇋ CA2+ + CO32– | KSP = 3.7×10–9 zu 8.7×10–9 bei °C 25 |
wo Löslichkeitprodukt für [CA2+] [CO32–] wird als überall von gegeben KSP = 3.7×10–9 zu KSP = 8.7×10–9 bei °C 25 hängend nach der Datenquelle ab.[13][12] Was die Gleichung bedeutet, ist, daß das Produkt der molaren Konzentration der Kalziumionen (Molen von aufgelöstem CA2+ pro Liter der Lösung) mit der molaren Konzentration aufgelöster Co32– kann nicht den Wert von übersteigen KSP. Diese scheinbar einfache Löslichkeitgleichung muß zusammen mit dem schwierigeren Gleichgewicht von jedoch genommen werden Kohlendioxyd mit Wasser (sehen Sie Kohlensäure). Einige der Co32– Mähdrescher mit H+ in der Lösung entsprechend:
| HCO3– ⇋ H+ + CO32– | Ka2 = 5.61×10–11 bei °C 25 |
HCO3– bekannt als Bicarbonat Ion. Kalziumbicarbonat ist viele Mal löslicher im Wasser als Kalziumkarbonat -- in der Tat besteht er nur in gelöster Form.
Einiges des HCO3– Mähdrescher mit H+ in gelöster Form entsprechend:
| H2Co3 ⇋ H+ + HCO3– | Ka1 = 2.5×10–4 bei °C 25 |
Etwas von dem H2Co3 zerbricht in Wasser und aufgelöstes Kohlendioxyd entsprechend:
| H2O + CO2(aufgelöst) ⇋ H2Co3 | Kh = 1.70×10–3 bei °C 25 |
Und aufgelöstes Kohlendioxyd ist im Gleichgewicht mit atmosphärischem Kohlendioxyd entsprechend:
| wo kH = 29.76 ATM (mol/L) bei °C 25 (Henrykonstante), die Co sein2 teilweiser Druck. |
Für umgebende Luft, ist um 3.5×10–4 Atmosphären (oder gleichwertig 35 PA). Die letzte Gleichung oben regelt die Konzentration aufgelöster Co2 als Funktion von , Unabhängiges der Konzentration von aufgelöstem CaCO3. Mit atmosphärischem teilweisem Druck von Co2, aufgelöste Co2 Konzentration ist 1.2×10–5 Molen/Liter. Die Gleichung vorher, die die Konzentration von H regelt2Co3 als Funktion von [Co2]. Für [Co2]=1.2×10–5, resultiert es innen [H2Co3]=2.0×10–8 Molen pro Liter. Wenn [H2Co3] bekannt, die restlichen drei Gleichungen zusammen mit
| H2O ⇋ H+ + OH-– | K = 10–14 bei °C 25 |
(das für alle wässerigen Lösungen zutreffend ist) und die Tatsache, daß die Lösung Neutrales elektrisch sein muß,
machen Sie es möglich, für die restlichen fünf unbekannten Konzentrationen gleichzeitig zu lösen (Anmerkung, daß die oben genannte Form der Neutralitätgleichung gültig ist, nur wenn Kalziumkarbonat in Verbindung mit gesetzt worden ist reines Wasser oder mit einer Nullph Lösung; im Fall, in dem das Ursprung Wasserlösungsmittel pH nicht Null ist, wird die Gleichung geändert).
Die Tabelle auf dem Recht zeigt das Resultat für [CA2+] und [H+] (in Form von pH) als Funktion des umgebenden teilweisen Drucks von Co2 (KSP = 4.47×10−9 ist für die Berechnung genommen worden). Auf atmosphärischen Niveaus umgebender Co2 die Tabelle zeigt an, daß die Lösung etwas alkalisch ist. Die Tendenzen die Tabelle Erscheinen sind
Der Effekt vom letzten ist im täglichen Leben der Leute besonders offensichtlich, die haben hartes Wasser. Wasser im Aquifersuntergrund kann Niveaus von Co ausgesetzt werden2 viel stark als atmosphärisch. Wie solches Wasser durch Kalziumkarbonatfelsen filtriert, das CaCO3 löst sich entsprechend der zweiten Tendenz auf. Wenn dieses gleiche Wasser dann vom Hahn auftaucht, in der Zeit erbt es Gleichgewicht mit Co2 Niveaus in der Luft durch das Outgassing seinen überfluß Co2. Das Kalziumkarbonat wird infolgedessen und die überflußniederschläg als Kalkskala weniger löslich. Dieser gleiche Prozeß ist für die Anordnung von verantwortlich stalactites und stalagmites in den Kalksteinhöhlen.
Zwei hydratisierte Phasen des Kalziumkarbonats, monohydrocalcite, CaCO3·H2O und ikaite, CaCO3·6H2O]], kann Niederschlag vom Wasser an den umgebenden Bedingungen und bestehen Sie als metastabile Phasen fort.
Wir betrachten jetzt das Problem der maximalen Löslichkeit des Kalziumkarbonats in den normalen atmosphärischen Bedingungen ( = 3.5 × 10−4 ATM) wenn das pH von der Lösung wird justiert. Dieses zum Beispiel der Fall in einem Swimmingpool in dem das p istH wird zwischen 7 und 8 beibehalten (durch Hinzufügung von NaHSO4 das p verringernH oder von NaHCO3 es erhöhen). Von den oben genannten Gleichungen für das Löslichkeitprodukt, die Hydratationreaktion und die zwei sauren Reaktionen, der folgende Ausdruck für das Maximum [CA2+] kann leicht abgeleitet werden:
eine quadratische Abhängigkeit innen zeigen [H+]. Die numerische Anwendung mit den oben genannten Werten der Konstanten gibt
| pH | 7.0 | 7.2 | 7.4 | 7.6 | 7.8 | 8.0 | 8.2 | 8.27 | 8.4 | |
| [CA2+]Maximum (10-4mol/L oder °F) | 1590 | 635 | 253 | 101 | 40.0 | 15.9 | 6.35 | 4.70 | 2.53 | |
| [CA2+]Maximum (mg/l) | 6390 | 2540 | 1010 | 403 | 160 | 63.9 | 25.4 | 18.9 | 10.1 | |
Anmerkungen:
Lösungen von stark (HCl) oder schwach (essigsauer, phosphorig) sind Säuren handelsüblich. Sie sind allgemein verwendet zu entfernen limescale Ablagerungen. Die maximale Menge von CaCO3 das kann durch einen Liter einer sauren Lösung „aufgelöst werden“ kann mit den oben genannten Gleichgewichtgleichungen errechnet werden.
| [A] (mol/L) | 1 | 10−1 | 10−2 | 10−3 | 10−4 | 10−5 | 10−6 | 10−7 | 10−10 | |
| AusgangspH | 0.00 | 1.00 | 2.00 | 3.00 | 4.00 | 5.00 | 6.00 | 6.79 | 7.00 | |
| Abschließendes pH | 6.75 | 7.25 | 7.75 | 8.14 | 8.25 | 8.26 | 8.26 | 8.26 | 8.27 | |
| Aufgelöstes CaCO3 (g pro Liter Säure) | 50.0 | 5.00 | 0.514 | 0.0849 | 0.0504 | 0.0474 | 0.0471 | 0.0470 | 0.0470 | |
wo der Ausgangszustand die saure Lösung ohne CA ist2+ (mögliche Co nicht, in Betracht ziehend2 Auflösung) und der abschließende Zustand ist die Lösung mit gesättigtem CA2+. Für starke saure Konzentrationen haben alle Sorten eine unwesentliche Konzentration im abschließenden Zustand in Bezug auf CA2+ und A− damit die Neutralitätgleichung sich ungefähr bis 2 verringert [CA2+] = [A−] erbringend . Wenn die Konzentration sich verringert, [HCO3−] wird nicht unwesentlich, damit der vorhergehende Ausdruck nicht mehr gültig ist. Für das Verschwinden der sauren Konzentrationen, gewinnen wir das abschließende p zurückH und die Löslichkeit von CaCO3 im reinen Wasser.
| [A] (mol/L) | 1 | 10−1 | 10−2 | 10−3 | 10−4 | 10−5 | 10−6 | 10−7 | 10−10 | |
| AusgangspH | 2.38 | 2.88 | 3.39 | 3.91 | 4.47 | 5.15 | 6.02 | 6.79 | 7.00 | |
| Abschließendes pH | 6.75 | 7.25 | 7.75 | 8.14 | 8.25 | 8.26 | 8.26 | 8.26 | 8.27 | |
| Aufgelöstes CaCO3 (g pro Liter Säure) | 49.5 | 4.99 | 0.513 | 0.0848 | 0.0504 | 0.0474 | 0.0471 | 0.0470 | 0.0470 | |
Wir sehen daß für die gleiche Gesamtsäurekonzentration, das AusgangspH von der schwachen Säure ist weniger Säure als die der starken Säure; jedoch die maximale Menge von CaCO3 welches aufgelöst werden kann, ist ungefähr das selbe. Dieses ist weil im abschließenden Zustand, das pH daß ist das p größerKA, damit die schwache Säure fast vollständig getrennt wird und im Ende da vieles H erbringt+ Ionen als die starke Säure „lösen“ das Kalziumkarbonat auf.
| [A] (mol/L) | 1 | 10−1 | 10−2 | 10−3 | 10−4 | 10−5 | 10−6 | 10−7 | 10−10 | |
| AusgangspH | 1.08 | 1.62 | 2.25 | 3.05 | 4.01 | 5.00 | 5.97 | 6.74 | 7.00 | |
| Abschließendes pH | 6.71 | 7.17 | 7.63 | 8.06 | 8.24 | 8.26 | 8.26 | 8.26 | 8.27 | |
| Aufgelöstes CaCO3 (g pro Liter Säure) | 62.0 | 7.39 | 0.874 | 0.123 | 0.0536 | 0.0477 | 0.0471 | 0.0471 | 0.0470 | |
wo [A] = [H3PO4] + [H2PO4−] + [HPO42−] + [PO43−]. Wir sehen, daß phosphorige Säure leistungsfähiger als eine einbasige Substanz seit dem an der Endrunde fast Nullp istH, die zweite getrennte Zustandkonzentration [HPO42−] ist nicht unwesentlich (sehen Sie phosphorige Säure ).
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