แคลเซียมไบคาร์บอเนต: โครงสร้างคุณสมบัติความเสี่ยงและการใช้ประโยชน์ - เคมี - 2026

แคลเซียมไบคาร์บอเนตเป็นเกลือนินทรีย์ที่มีสูตรทางเคมี Ca (HCO ₃ ) 2 มีต้นกำเนิดในธรรมชาติจากแคลเซียมคาร์บอเนตที่มีอยู่ในหินหินปูนและแร่ธาตุเช่นแคลไซต์

แคลเซียมไบคาร์บอเนตละลายในน้ำได้มากกว่าแคลเซียมคาร์บอเนต ลักษณะนี้อนุญาตให้มีการก่อตัวของระบบ karst ในหินหินปูนและในโครงสร้างของถ้ำ

ที่มา: Pixabay

น้ำใต้ดินที่ไหลผ่านรอยแตกจะอิ่มตัวในการแทนที่ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂ ) น้ำเหล่านี้กัดเซาะหินปูนที่ปล่อยแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO ₃ ) ซึ่งจะก่อตัวเป็นแคลเซียมไบคาร์บอเนตตามปฏิกิริยาต่อไปนี้:

CaCO ₃ (s) + CO ₂ (g) + H ₂ O (l) => Ca (HCO ₃ ) ₂ (aq)

ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในถ้ำที่มีแหล่งน้ำแข็งมาก แคลเซียมไบคาร์บอเนตไม่อยู่ในสถานะของแข็ง แต่อยู่ในสารละลายในน้ำร่วมกับ Ca ²⁺ไบคาร์บอเนต (HCO ₃ ^- ) และคาร์บอเนตไอออน (CO ₃ ^2- )

จากนั้นโดยการลดความอิ่มตัวของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำปฏิกิริยาย้อนกลับจะเกิดขึ้นนั่นคือการเปลี่ยนแคลเซียมไบคาร์บอเนตเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต:

Ca (HCO ₃ ) ₂ (aq) => CO ₂ (g) + H ₂ O (l) + CaCO ₃ (s)

แคลเซียมคาร์บอเนตละลายในน้ำได้ไม่ดีทำให้เกิดการตกตะกอนเป็นของแข็ง ปฏิกิริยาข้างต้นมีความสำคัญมากในการก่อตัวของหินงอกหินย้อยและสเปลิโอเทมอื่น ๆ ในถ้ำ

โครงสร้างหินเหล่านี้เกิดจากหยดน้ำที่ตกลงมาจากเพดานถ้ำ (ภาพบน) CaCO _{3 ที่}มีอยู่ในหยดน้ำจะตกผลึกเป็นโครงสร้างดังกล่าว

ข้อเท็จจริงที่ว่าไม่พบแคลเซียมไบคาร์บอเนตในสถานะของแข็งทำให้ใช้งานได้ยากโดยมีตัวอย่างไม่กี่ตัวอย่าง ในทำนองเดียวกันเป็นการยากที่จะหาข้อมูลเกี่ยวกับผลกระทบที่เป็นพิษ มีรายงานชุดของผลข้างเคียงจากการใช้เป็นยาเพื่อป้องกันโรคกระดูกพรุน

โครงสร้าง

ที่มา: โดย Epop จาก Wikimedia Commons

ในภาพด้านบนแอนไอออน 2 ตัว HCO ₃ ^-และไอออนบวก Ca ^{2+ แสดง}ปฏิกิริยากับไฟฟ้าสถิต ตามภาพCa ²⁺ควรอยู่ตรงกลางเนื่องจากวิธีนี้ HCO ₃ ^จะไม่ขับไล่กันเนื่องจากประจุลบ

ประจุลบใน HCO ₃ ^-ถูกกำหนดให้แยกระหว่างออกซิเจนสองอะตอมผ่านการสั่นพ้องระหว่างหมู่คาร์บอนิล C = O และพันธะ C - O ^- ; ในขณะที่อยู่ใน CO ₃ ^2–มันถูกแบ่งระหว่างอะตอมของออกซิเจนทั้งสามเนื่องจากพันธะ C - OH ถูกแยกออกจากกันดังนั้นจึงสามารถรับประจุลบได้โดยการสั่นพ้อง

รูปทรงเรขาคณิตของไอออนเหล่านี้ถือได้ว่าเป็นทรงกลมของแคลเซียมที่ล้อมรอบด้วยคาร์บอเนตรูปสามเหลี่ยมแบนที่มีปลายเติมไฮโดรเจน ในแง่ของอัตราส่วนขนาดแคลเซียมมีค่าน้อยกว่า HCO ₃ ^-ไอออนอย่างเห็นได้ชัด

สารละลายที่เป็นน้ำ

Ca (HCO ₃ ) ₂ไม่สามารถสร้างของแข็งที่เป็นผลึกได้และจริง ๆ แล้วประกอบด้วยสารละลายที่เป็นน้ำของเกลือนี้ ในนั้นไอออนไม่ได้อยู่โดดเดี่ยวเหมือนในภาพ แต่ล้อมรอบด้วยโมเลกุล H ₂ O

พวกเขาโต้ตอบอย่างไร? ไอออนแต่ละตัวล้อมรอบด้วยทรงกลมไฮเดรชันซึ่งจะขึ้นอยู่กับโลหะขั้วและโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตที่ละลาย

Ca ²⁺ประสานกับอะตอมของออกซิเจนในน้ำเพื่อสร้างสารประกอบเชิงซ้อนในน้ำ Ca (OH ₂ ) _n ²⁺โดยทั่วไปถือว่า n เป็นหก นั่นคือ "รูปแปดเหลี่ยมในน้ำ" รอบ ๆ แคลเซียม

ในขณะที่ HCO ₃ ^-แอนไอออนมีปฏิกิริยากับพันธะไฮโดรเจน (O ₂ CO - H-OH ₂ ) หรือกับอะตอมของไฮโดรเจนของน้ำในทิศทางของประจุลบที่ถูกแยกออกจากกัน (HOCO ₂ ^- H - OH, ปฏิสัมพันธ์ไดโพล - ไอออน).

ปฏิกิริยาระหว่าง Ca ²⁺ , HCO ₃ ^-และน้ำเหล่านี้มีประสิทธิภาพมากจนทำให้แคลเซียมไบคาร์บอเนตละลายได้มากในตัวทำละลายนั้น ซึ่งแตกต่างจาก CaCO ₃ตรงที่จุดดึงดูดไฟฟ้าสถิตระหว่าง Ca ²⁺และ CO ₃ ^2–มีความแข็งแรงมากโดยตกตะกอนจากสารละลายในน้ำ

นอกจากน้ำแล้วยังมีโมเลกุล CO ₂อยู่รอบ ๆ ซึ่งทำปฏิกิริยาช้าเพื่อให้ HCO ₃เพิ่มขึ้น^- (ขึ้นอยู่กับค่า pH)

ของแข็งสมมุติ

จนถึงตอนนี้ขนาดและประจุของไอออนใน Ca (HCO ₃ ) ₂หรือการมีอยู่ของน้ำอธิบายว่าเหตุใดจึงไม่มีสารประกอบที่เป็นของแข็ง กล่าวคือผลึกบริสุทธิ์ที่มีลักษณะเป็นผลึกเอกซ์เรย์ Ca (HCO ₃ ) ₂ไม่มีอะไรมากไปกว่าไอออนที่มีอยู่ในน้ำซึ่งการก่อตัวของโพรงยังคงเติบโตต่อไป

หาก Ca ²⁺และ HCO ₃ ^-อาจจะแยกออกจากน้ำที่หลีกเลี่ยงปฏิกิริยาทางเคมีต่อไปนี้:

Ca (HCO ₃ ) ₂ (aq) → CaCO ₃ (s) + CO ₂ (g) + H ₂ O (l)

จากนั้นสามารถจัดกลุ่มสิ่งเหล่านี้เป็นของแข็งผลึกสีขาวที่มีอัตราส่วนสโตอิชิโอเมตริก 2: 1 (2HCO ₃ / 1Ca) มีการศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างของมันไม่เป็น แต่มันอาจจะเทียบกับที่ของ NaHCO ₃ (ตั้งแต่ไบคาร์บอเนตแมกนีเซียม Mg (HCO ₃ ) ₂ไม่ได้อยู่ในฐานะที่เป็นของแข็งอย่างใดอย่างหนึ่ง) หรือกับที่ของ CaCO 3

ความเสถียร: NaHCO

NaHCO ₃ตกผลึกในระบบ monoclinic และ CaCO ₃ในระบบตรีโกณมิติ (แคลไซต์) และออร์โธร์ฮอมบิก (aragonite) ถ้า Na ⁺ถูกแทนที่ด้วย Ca ²⁺โครงตาข่ายคริสตัลจะไม่เสถียรเนื่องจากขนาดที่แตกต่างกันมากขึ้น ในคำอื่น ๆ นา⁺เพราะมันมีขนาดเล็กรูปแบบผลึกที่มีเสถียรภาพมากขึ้นด้วย HCO ₃ ^-เมื่อเทียบกับ Ca 2+

ในความเป็นจริง Ca (HCO ₃ ) ₂ (aq) ต้องการน้ำเพื่อระเหยเพื่อให้ไอออนสามารถรวมกลุ่มกันเป็นผลึกได้ แต่โครงตาข่ายคริสตัลไม่แข็งแรงพอที่จะทำเช่นนั้นที่อุณหภูมิห้อง โดยการให้ความร้อนน้ำปฏิกิริยาการสลายตัวจะเกิดขึ้น (สมการด้านบน)

กับนา⁺ไอออนในการแก้ปัญหาก็จะเป็นคริสตัลที่มี HCO ₃ ^-ก่อนที่จะสลายตัวร้อน

สาเหตุที่ Ca (HCO ₃ ) ₂ไม่ตกผลึก (ในทางทฤษฎี) เกิดจากความแตกต่างของรัศมีไอออนิกหรือขนาดของไอออนซึ่งไม่สามารถสร้างผลึกที่เสถียรได้ก่อนการสลายตัว

Ca (HCO

ในทางกลับกันถ้า H ⁺ถูกเพิ่มเข้าไปในโครงสร้างผลึก CaCO ₃คุณสมบัติทางกายภาพของพวกมันจะเปลี่ยนไปอย่างมาก บางทีจุดหลอมเหลวของพวกมันจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญและแม้แต่ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของผลึกก็ยังถูกแก้ไข

มันจะคุ้มค่าที่จะลองสังเคราะห์ของแข็งCa (HCO ₃ ) ₂หรือไม่? ความยากอาจเกินความคาดหมายและเกลือที่มีความเสถียรของโครงสร้างต่ำอาจไม่ให้ประโยชน์เพิ่มเติมอย่างมีนัยสำคัญในการใช้งานใด ๆ ที่มีการใช้เกลืออื่นอยู่แล้ว

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

สูตรเคมี

Ca (HCO ₃ ) ₂

น้ำหนักโมเลกุล

162.11 กรัม / โมล

สภาพร่างกาย

ไม่ปรากฏในสถานะของแข็ง พบได้ในสารละลายที่เป็นน้ำและความพยายามที่จะเปลี่ยนเป็นของแข็งโดยการระเหยของน้ำยังไม่ประสบความสำเร็จเนื่องจากเปลี่ยนเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต

ความสามารถในการละลายน้ำ

16.1 g / 100 ml ที่ 0 ° C; 16.6 g / 100 ml ที่20º C และ 18.4 g / 100 ml ที่100º C ค่าเหล่านี้บ่งบอกถึงความสัมพันธ์ที่สูงของโมเลกุลของน้ำสำหรับ Ca (HCO ₃ ) ₂ไอออนตามที่อธิบาย ในส่วนก่อนหน้า ในขณะเดียวกัน CaCO ₃เพียง 15 มก. เท่านั้นที่ละลายในน้ำหนึ่งลิตรซึ่งสะท้อนถึงปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตที่รุนแรง

เนื่องจาก Ca (HCO ₃ ) ₂ไม่สามารถจับตัวเป็นของแข็งจึงไม่สามารถระบุความสามารถในการละลายได้โดยการทดลอง อย่างไรก็ตามเนื่องจากเงื่อนไขที่สร้างขึ้นโดย CO _{2 ที่}ละลายในน้ำรอบ ๆ หินปูนจึงสามารถคำนวณมวลของแคลเซียมที่ละลายที่อุณหภูมิ T ได้ มวลซึ่งจะเท่ากับความเข้มข้นของ Ca (HCO ₃ ) ₂ .

ที่อุณหภูมิต่างกันมวลที่ละลายจะเพิ่มขึ้นตามที่แสดงโดยค่าที่ 0, 20 และ 100 ° C จากนั้นจากการทดลองเหล่านี้ได้กำหนดว่า Ca (HCO ₃ ) ₂ละลายในบริเวณใกล้เคียงกับ CaCO ₃ในของเหลวที่เป็นก๊าซที่มี CO ₂ได้มากเพียงใด เมื่อก๊าซCO ₂หนีที่ CaCO _{3 จะ}เกิดการตกตะกอน แต่ไม่ Ca (HCO ₃ ) 2

จุดหลอมเหลวและจุดเดือด

โครงตาข่ายผลึกของ Ca (HCO ₃ ) ₂นั้นอ่อนกว่าของ CaCO ₃มาก หากสามารถหาได้ในสถานะของแข็งและอุณหภูมิที่หลอมละลายจะถูกวัดใน fusiometer ก็จะได้ค่าที่ต่ำกว่า899ºCอย่างแน่นอน ในทำนองเดียวกันคาดว่าจะเหมือนกันในการกำหนดจุดเดือด

จุดไฟ

มันไม่ติดไฟ

ความเสี่ยง

เนื่องจากสารประกอบนี้ไม่มีอยู่ในรูปของแข็งจึงไม่น่าเป็นไปได้ที่จะแสดงถึงความเสี่ยงในการจัดการกับสารละลายที่เป็นน้ำเนื่องจากทั้ง Ca ²⁺และ HCO ₃ไอออน^-ไม่เป็นอันตรายที่ความเข้มข้นต่ำ ดังนั้นความเสี่ยงที่มากขึ้นที่จะต้องกินสารละลายเหล่านี้อาจเป็นเพราะแคลเซียมที่กินเข้าไปในปริมาณที่เป็นอันตรายเท่านั้น

หากสารประกอบนั้นก่อตัวเป็นของแข็งแม้ว่ามันอาจจะแตกต่างกันทางกายภาพจาก CaCO ₃ก็ตามผลที่เป็นพิษของมันอาจไม่เกินความรู้สึกไม่สบายและทำให้แห้งหลังจากสัมผัสทางกายภาพหรือโดยการหายใจเข้าไป

การประยุกต์ใช้งาน

- สารละลายแคลเซียมไบคาร์บอเนตถูกนำมาใช้เพื่อล้างกระดาษเก่าโดยเฉพาะงานศิลปะหรือเอกสารสำคัญในอดีต

- การใช้สารละลายไบคาร์บอเนตมีประโยชน์ไม่เพียง แต่เพราะทำให้กรดในกระดาษเป็นกลาง แต่ยังให้แคลเซียมคาร์บอเนตสำรองอัลคาไลน์ สารประกอบหลังให้การป้องกันความเสียหายต่อกระดาษในอนาคต

- เช่นเดียวกับไบคาร์บอเนตอื่น ๆ คือใช้ในยีสต์เคมีและในสูตรเม็ดฟู่หรือผง นอกจากนี้แคลเซียมไบคาร์บอเนตยังใช้เป็นวัตถุเจือปนอาหาร (สารละลายในน้ำของเกลือนี้)

- มีการใช้สารละลายไบคาร์บอเนตในการป้องกันโรคกระดูกพรุน อย่างไรก็ตามผลข้างเคียงเช่น hypercalcemia, metabolic alkalosis และไตวายได้รับการสังเกตในกรณีหนึ่ง

- แคลเซียมไบคาร์บอเนตได้รับการฉีดเข้าเส้นเลือดดำเป็นครั้งคราวเพื่อแก้ไขภาวะซึมเศร้าของภาวะ hypokalemia ต่อการทำงานของหัวใจ

- และในที่สุดก็ให้แคลเซียมแก่ร่างกายซึ่งเป็นสื่อกลางของการหดตัวของกล้ามเนื้อในขณะเดียวกันก็แก้ไขภาวะเลือดเป็นกรดที่อาจเกิดขึ้นในภาวะ hypokalemic

อ้างอิง

1. วิกิพีเดีย (2018) แคลเซียมไบคาร์บอเนต นำมาจาก: en.wikipedia.org
2. Sirah Dubois (03 ตุลาคม 2560). 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 และ Irene Brückle (1997) การใช้สารละลายแคลเซียมไบคาร์บอเนตและแมกนีเซียมไบคาร์บอเนตในการประชุมเชิงปฏิบัติการด้านการอนุรักษ์ขนาดเล็ก: ผลการสำรวจ สืบค้นจาก: cool.conservation-us.org