แคลเซียมคาร์บอเนต: โครงสร้างคุณสมบัติการก่อตัวการใช้ประโยชน์ - เคมี - 2025

แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารอนินทรีที่มีสูตรทางเคมีคือ CaCO 3 ส่วนใหญ่พบในแร่ธาตุเช่นแคลไซต์และอะราโกไนต์ นอกจากนี้ยังประกอบไปด้วยหินปูนซึ่งเป็นหินตะกอนที่มีแร่แคลไซต์อยู่

คาร์บอเนตโลหะที่สำคัญนี้ได้มาจากอุตสาหกรรมโดยการสกัดและการกัดแร่ที่มีอยู่ หินอ่อนส่วนใหญ่จะใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ อีกกระบวนการหนึ่งคือการใช้แคลเซียมออกไซด์ซึ่งจะถูกเปลี่ยนเป็นแคลเซียมไฮดรอกไซด์ทำให้แคลเซียมคาร์บอเนตตกตะกอนโดยการเติมคาร์บอนไดออกไซด์ ด้วยวิธีนี้จะได้รับผลึกที่มีหลายขนาด

เปลือกหอยประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นหลัก ที่มา: Pixabay

เปลือกหอยเปลือกไข่และเปลือกหอยนางรมที่มีอยู่สามารถนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการผลิต CaCO _{3 ได้}ในปริมาณเล็กน้อย

แคลเซียมคาร์บอเนตที่มีอยู่ในหินปูนจะละลายโดยคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำทำให้เกิดแคลเซียมไบคาร์บอเนต การกระทำนี้อาจทำให้เกิดถ้ำและเป็นสาเหตุของการเป็นด่างของน้ำ เหตุการณ์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในการดำรงชีวิตในนั้น

ถูกนำมาใช้ในการก่อสร้างและการแกะสลักอย่างประณีต ตัวอย่างเช่นวิหารพาร์เธนอนในเอเธนส์มหาวิหารคราคูฟและรูปปั้นของอับราฮัมลินคอล์นในวอชิงตัน อย่างไรก็ตามความไวต่อฝนกรดทำให้การใช้งานในการก่อสร้างลดลง

แคลเซียมคาร์บอเนตมีการใช้งานหลายประเภทในอุตสาหกรรมเป็นวัสดุบรรจุพลาสติกและกระดาษ ในทางการแพทย์มีการใช้เพื่อควบคุมความเป็นกรดในกระเพาะอาหาร เป็นอาหารเสริมแคลเซียม เพื่อควบคุมภาวะฟอสเฟตในผู้ป่วยไตวายเรื้อรังเป็นต้น

โครงสร้าง

โครงสร้างผลึก CaCO3 แสดงด้วยแบบจำลองการเติมเชิงพื้นที่ ที่มา: CCoil

สูตรแคลเซียมคาร์บอเนต CaCO ₃ระบุว่าอัตราส่วนของ Ca ^{2+ ต่อ} CO ₃ ^2-ไอออนคือ 1: 1 นั่นคือสำหรับ Ca ²⁺แต่ละตัวจะมี CO ₃ ²คู่ซึ่งทำปฏิกิริยากับไฟฟ้าสถิตกับมัน ดังนั้นพันธะไอออนิกจึงลงเอยด้วยการจัดเรียงไอออนเหล่านี้เพื่อสร้างรูปแบบโครงสร้างที่กำหนดคริสตัล

ภาพด้านบนแสดงให้เห็นโครงสร้างของ CaCO 3 ทรงกลมสีเขียวสอดคล้องกับ Ca ²⁺ไพเพอร์และทรงกลมสีแดงและสีดำที่อยู่ CO ₃ ^2-แอนไอออน สังเกตว่าโครงสร้างประกอบด้วยหลายชั้น: แคลเซียมชั้นหนึ่งและอีกชั้นหนึ่งของคาร์บอเนต ซึ่งหมายความว่ามันตกผลึกเป็นโครงสร้างหกเหลี่ยมขนาดกะทัดรัด

เฟสหกเหลี่ยม (β-CaCO ₃ ) นี้สอดคล้องกับโพลีมอร์ฟ ยังมีอีกสองตัว: orthorhombic (λ-CaCO ₃ ) และรูปหกเหลี่ยมที่หนาแน่นยิ่งขึ้น (μ-CaCO ₃ ) ภาพด้านล่างช่วยให้เห็นภาพหกเหลี่ยมที่มีความสุขได้ดีขึ้น:

โครงสร้างหกเหลี่ยมของแคลไซต์ Materialscientist ที่ English Wikipedia

อย่างไรก็ตามขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ (และสำหรับเกลือนี้จะมีระดับความดันน้อยกว่า) ไอออนในการสั่นสะเทือนปรับเป็นโครงสร้างอื่น นี่คือโพลีมอร์ฟที่กล่าวถึงแล้ว (β, λและμ)

เนื่องจากฟังดูไม่ค่อยเป็นที่รู้จักนักเว้นแต่จะมีการพูดถึงชื่อวิทยาแร่ในอนาคต

ความแข็งของโปรตีน

ผลึก CaCO ₃ไม่ได้อยู่เพียงอย่างเดียวพวกเขาสามารถกักเก็บสิ่งสกปรกเช่นไอออนบวกโลหะอื่น ๆ ที่ทำให้เกิดสีได้ หรือโปรตีนโดยรวมเมทริกซ์อินทรีย์ที่ก่อให้เกิดความแข็งตามธรรมชาติในทางใดทางหนึ่ง

โปรตีนลดความตึงเครียดที่ผลึกสัมผัสกันภายใต้แรงกดดันหรือแรงกระแทก อย่างไร? เมื่อคั่นกลางระหว่างบานหน้าต่างให้ทำราวกับว่าเป็น "แผ่นรอง" (คล้ายกับชุดอิฐซีเมนต์ - อิฐ)

นั่นคือเหตุผลที่สารประกอบหรือแร่ธาตุนี้เข้ากันได้ทางชีวภาพและไม่น่าแปลกใจที่มันเป็นส่วนหนึ่งของเล็บเปลือกหอยเปลือกหอยหรือกระดูกของเม่น เป็นแหล่งที่มาของแรงบันดาลใจสำหรับผู้ที่ทุ่มเทในการพัฒนาวัสดุใหม่ ๆ

คุณสมบัติ

ชื่ออื่น

-Aragonite

-Calcite

-Volterito

- นมแคลเซียม

-Whiteboard

-หินอ่อน

มวลโมลาร์

100.086 ก. / โมล.

รายละเอียดทางกายภาพ

ผงสีขาวไม่มีกลิ่น

ลิ้มรส

เหมือนชอล์กรสจืด

จุดหลอมเหลวและจุดเดือด

มันสลายตัวเพราะปล่อย CO ₂ก่อนที่มันจะละลายหรือเดือด

การละลาย

ไม่ละลายในน้ำและแอลกอฮอล์ ละลายอย่างมีฟองในกรดอะซิติกและกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง อย่างไรก็ตามไฮดรอกไซด์ลดความสามารถในการละลาย ในขณะเดียวกันเกลือแอมโมเนียมและคาร์บอนไดออกไซด์จะเพิ่มความสามารถในการละลายของแคลเซียมคาร์บอเนตในน้ำ

ความหนาแน่น

2.7 ถึง 2.95 ก. / ซม. ³ .

การจำแนก

ประมาณ 825 ºCจะสลายตัวเป็นแคลเซียมออกไซด์ (ปูนขาว) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂ )

พีเอช

8 ถึง 9

ดัชนีหักเห

-1.7216 ที่ 300 นาโนเมตรและ 1.6584 ที่ 589 นาโนเมตร (แคลไซต์)

-1.5145 ที่ 300 นาโนเมตรและ 1.4864 ที่ 589 นาโนเมตร (aragonite)

เข้ากันไม่ได้

ด้วยกรดสารส้มและเกลือแอมโมเนียม

เอนทัลปีของฟิวชั่น

36 kJ / mol ที่ 800 ° C (แคลไซต์)

ค่าคงที่ของผลิตภัณฑ์ในการละลาย

3.36 · 10 ^-9ที่ 25 ° C

ความแข็ง

-3.0 (แคลไซต์)

-3.5 - 4.0 (aragonite) ในระดับ Mohs

การเปลี่ยนเฟส

Aragonite สามารถแพร่กระจายได้และเปลี่ยนเป็นแคลไซต์ไม่ได้เมื่อถูกความร้อนในอากาศแห้งที่อุณหภูมิ400ºC

การเกิดปฏิกิริยา

แคลเซียมคาร์บอเนตทำปฏิกิริยากับกรดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แคลเซียมไอออนิกและน้ำ

แคลเซียมคาร์บอเนตรวมตัวกับน้ำที่อิ่มตัวด้วยคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่ากับกรดคาร์บอนิก (H ₂ CO ₃ ) เพื่อสร้างแคลเซียมไบคาร์บอเนต

การอบรม

ชอล์กหินอ่อนและหินปูนแร่สองชนิดแรกและวัสดุที่เป็นหินชนิดที่สามประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนตและมีแหล่งกำเนิดตะกอนคิดว่าเกิดจากการตกตะกอนของหอยทากในช่วงหลายล้านปี

pH อาจเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการสร้างโพลีมอร์ฟที่อุณหภูมิ24ºC Vaterite เป็นผลิตภัณฑ์หลักในช่วง pH ระหว่าง 8.5 ถึง 10 aragonite อยู่ที่ pH 11; และแคลไซต์ที่ pH> 12

นอกจากนี้สาหร่ายน้ำจืดหลายชนิดยังเป็นที่ทราบกันดีว่าสร้างผลึกแคลไซต์เมื่อปลูกในสภาพแวดล้อมที่มีแคลเซียมอิ่มตัว นอกจากนี้สาหร่ายขนาดเล็กยังสามารถทำให้เกิดการตกตะกอนของแคลเซียมคาร์บอเนต

รูปแบบของแคลเซียมคาร์บอเนต

ภาพด้านล่างจะแสดงสามรูปแบบหลักหรือโพลีมอร์ฟสำหรับแคลเซียมคาร์บอเนต:

ผลึกแคลไซต์ ที่มา: Parent Géry

คริสตัล Aragonite ที่มา: Battistini Riccardo

ผลึก Vaterite ที่มา: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

จากบนลงล่าง ได้แก่ แคลไซต์โพลีมอร์ฟอะราโกไนต์และวาเทอไรต์ สังเกตความแตกต่างระหว่างสัณฐานวิทยาของผลึกในแวบแรก (สีเป็นเรื่องปกติของต้นกำเนิดและลักษณะของสภาพแวดล้อม)

วาเทอไรต์มีความทึบแสงมากกว่าแคลไซต์ส่วนหลังจะกลายเป็นโปร่งใสอย่างสมบูรณ์ (ไอซ์แลนด์สปาร์) จึงถูกนำมาใช้ในเครื่องประดับและงานออปติก ในขณะเดียวกันผลึกอะราโกไนต์มีลักษณะคล้ายกับเสาหินยาวขนาดเล็ก

หากสังเกตเห็นตัวอย่างของโพลีมอร์ฟทั้งสามนี้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนผลึกของพวกมัน (มีโทนสีเทาเนื่องจากเทคนิคไม่อนุญาตให้มีความละเอียดของสี) จะพบลักษณะทางสัณฐานแบบเดียวกันเช่นเดียวกับในเครื่องชั่งระดับมหภาค นั่นคือด้วยตาเปล่า

ในบรรดาโพลีมอร์ฟทั้งสามนี้แคลไซต์มีความอุดมสมบูรณ์และเสถียรมากที่สุดตามด้วยอะราโกไนต์และสุดท้ายวาเทอไรต์ซึ่งเป็นรูปแบบที่หายากที่สุดของ CaCO ₃

การประยุกต์ใช้งาน

ด้านอุตสาหกรรม

แคลเซียมคาร์บอเนตช่วยเพิ่มความต้านทานต่อแรงบิดและแรงดึงของยางสังเคราะห์และยางธรรมชาติโดยยังคงความยืดหยุ่น ใช้ในอุตสาหกรรมก่อสร้างเป็นส่วนผสมในปูนซีเมนต์และเป็นวัตถุดิบสำหรับมะนาว การใช้ลดลงเนื่องจากได้รับความเสียหายจากฝนกรด

แคลเซียมคาร์บอเนตใช้ในการทำให้เหล็กบริสุทธิ์ ในรูปของปูนขาวจะกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่มีอยู่ในโลหะ ใช้ในการทำให้น้ำตาลบริสุทธิ์จากหัวบีท ครั้งหนึ่งเคยใช้เป็นชอล์คกระดานดำ แต่ถูกแทนที่ด้วยปูนปลาสเตอร์สำหรับแอปพลิเคชันนี้

แคลเซียมคาร์บอเนตผสมกับผงสำหรับอุดรูที่ใช้ในการติดตั้งกระจก กราวด์ใช้เป็นวัสดุฟิลเลอร์ในฟิล์มพรุนที่ใช้ในผ้าอ้อมเด็ก นอกจากนี้ยังใช้เป็นวัสดุฟิลเลอร์ในพลาสติกเช่นพีวีซี นอกจากนี้ยังเพิ่มความแข็งแรงของพลาสติก

แคลเซียมคาร์บอเนตใช้เพื่อเพิ่มความสามารถในการเคลือบสี ใช้เป็นวัสดุอุดสำหรับกระดาษเนื่องจากมีราคาถูกกว่าใยไม้และสามารถแทนกระดาษได้มากกว่า 10%

แพทย์

ใช้เป็นยาลดกรดเพื่อต่อสู้กับภาวะกระเพาะอาหารมากเกินไปและบรรเทาอาการอาหารไม่ย่อย ใช้เป็นอาหารเสริมแคลเซียมและในการรักษาและป้องกันโรคกระดูกพรุน ใช้ในการรักษาภาวะไขมันในเลือดสูงในผู้ป่วยไตวายเรื้อรัง

ถูกนำมาใช้เพื่อลดผลกระทบที่ไม่พึงปรารถนาของสารยับยั้งโปรติเอสที่ใช้ในการรักษาเอชไอวีโดยสามารถลดอาการท้องร่วงในผู้ป่วยได้

ทำให้ความดันโลหิตลดลงในหญิงตั้งครรภ์ที่เป็นโรคความดันโลหิตสูงและภาวะครรภ์เป็นพิษเนื่องจากทั้งสองอย่างอาจเกี่ยวข้องกับความต้องการแคลเซียมที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากทารกในครรภ์มีอยู่

คนอื่น ๆ

แคลเซียมคาร์บอเนตใช้ในการเกษตรเป็นปุ๋ยและต่อสู้กับความเป็นกรดในดิน ใช้เป็นสารกันบูดรักษาสีและกระชับอาหาร

นอกจากนี้ยังเป็นส่วนผสมในยาสีฟันและทำหน้าที่เป็นสารขัดสีในรูปแบบผงในการทำความสะอาดและซักผ้า

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
2. วิกิพีเดีย (2019) แคลเซียมคาร์บอเนต. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2019) แคลเซียมคาร์บอเนต. PubChem Database., CID = 10112 สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Kai-Yin Chong, Chin-Hua Chia และ Sarani Zakaria (2014) โพลีมอร์ฟส์แคลเซียมคาร์บอเนตต่อปฏิกิริยาอุณหภูมิ AIP Conference Proceedings 1614, 52; doi.org/10.1063/1.4895169
5. Greg Watry (1 พฤศจิกายน 2559). การค้นพบว่าผลึกแคลเซียมคาร์บอเนตรับความแข็งแกร่งได้อย่างไร การตลาดธุรกิจที่ได้เปรียบ สืบค้นจาก: rdmag.com
6. องค์ประกอบอเมริกัน (2019) แคลเซียมคาร์บอเนต. ดึงมาจาก: americanelements.com
7. เอลส์ (2019) แคลเซียมคาร์บอเนต. ScienceDirect ดึงมาจาก: sciencedirect.com
8. หนังสือเคมี. (2017) แคลเซียมคาร์บอเนต. สืบค้นจาก: chemicalbook.com