Структура, властивості, ризики і застосування кальцію бікарбонату



The бікарбонат кальцію являє собою неорганічну сіль з хімічною формулою Ca (HCO)3)2. Вона походить з природи від карбонату кальцію, присутнього в вапнякових скелях і мінералах, таких як кальцит.

Бікарбонат кальцію більш розчинний у воді, ніж карбонат кальцію. Ця характеристика дозволила утворити карстові системи в вапнякових породах і в структуруванні печер.

Підземні води, що проходять через тріщини, насичуються при їх витісненні діоксиду вуглецю (CO2). Ці води розмивають вапнякові породи, що виділяють карбонат кальцію (CaCO3), які будуть утворювати бікарбонат кальцію згідно з наступною реакцією:

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

Ця реакція відбувається в печерах, з яких походить дуже жорстка вода. Бікарбонат кальцію не міститься в твердому стані, але у водному розчині разом з Ca2+, бікарбонат (HCO)3-) і карбонатний іон (CO32-).

Згодом, коли насичення вуглекислого газу у воді зменшується, відбувається зворотна реакція, тобто перетворення бікарбонату кальцію в карбонат кальцію:

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

Карбонат кальцію погано розчинний у воді, це призводить до виникнення його осадження у вигляді твердої речовини. Вищезгадана реакція дуже важлива при утворенні сталактитів, сталагмітів та інших спелеотек в печерах.

Ці скельні споруди утворюються з крапель води, які падають зі стелі печер (верхнє зображення). CaCO3 присутні в краплях води кристалізуються з утворенням згаданих структур.

Той факт, що бікарбонат кальцію не виявлено в твердому стані, ускладнив його використання, і знайдено кілька прикладів. Також важко знайти інформацію про його токсичні ефекти. Є повідомлення про безліч побічних ефектів його застосування в якості лікування для запобігання остеопорозу.

Структура

На верхньому зображенні показані два аніона HCO3- і катіон2+ взаємодіють електростатично. Ca2+ відповідно до зображення, вона повинна бути розташована в середині, так як це як HCOs3- вони не будуть відштовхуватися один від одного через їх негативні витрати.

Негативний заряд у ГО3- ділокалізують між двома атомами кисню, резонансом між карбонільною групою C = O і зв'язком C-O-; перебуваючи в СО32-, Це ділокалізується між трьома атомами кисню, оскільки зв'язок C-OH депротонируется і тому може отримувати негативний заряд резонансом.

Геометрії цих іонів можна розглядати як сфери кальцію, оточені плоскими трикутниками карбонатів з гідрованим кінцем. З точки зору співвідношення розмірів, кальцій помітно менше, ніж іони HCO3-.

Водні розчини

Ca (HCO)3)2 Вона не може утворювати кристалічні тверді речовини, і вона дійсно складається з водних розчинів цієї солі. У них іони не єдині, як на зображенні, а оточені молекулами Н.2O.

Як вони взаємодіють? Кожен іон оточений сферою гідратації, яка буде залежати від металу, полярності і структури розчинених видів.

Ca2+ координує з атомами кисню води, утворюючи аквакомплекс, Ca (OH)2)n2+, де n загалом вважається шість; тобто "водний октаедр" навколо кальцію.

При цьому аніони HCO3- взаємодіють або з водневими зв'язками (OR2CO-H-OH2) або з атомами водню у воді в напрямку діолазиса негативного заряду (HOCO)2- H-OH, диполь-іонна взаємодія).

Ці взаємодії між Са2+, HCO3- і вода настільки ефективна, що робить бікарбонат кальцію дуже розчинним у цьому розчиннику; на відміну від CaCO3, в якому електростатичні атракціони між Са2+ і CO32- є дуже сильними, осаджуючись з водного розчину.

Крім води, є молекули CO2 навколо, які реагують повільно, щоб забезпечити більше HCO3- (в залежності від значень рН).

Гіпотетичний твердий

Поки що розміри і заряди іонів в Са (HCO)3)2, ні присутність води, пояснити, чому твердого з'єднання не існує; чисті кристали, які можуть бути охарактеризовані рентгенівською кристалографією.3)2 не більше ніж іони, присутні у воді, з якої кавернозні утворення продовжують зростати.

Так Ca2+ і HCO3- вони можуть бути виділені з води, уникаючи наступних хімічних реакцій:

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

Потім вони можуть бути згруповані в біле кристалічне тверда речовина зі стехіометричними співвідношеннями 2: 1 (2HCO3/ 1Ca). Досліджень щодо його структури немає, але його можна порівняти з NaHCO3 (для бікарбонату магнію, Mg (HCO))3)2, не існує як тверда), або з CaCO3.

Стабільність: NaHCO3 проти Ca (HCO)3)2

NaHCO3 кристалізується в моноклінної системі і CaCO3 в тригональних (кальцитових) і орторомбічних (арагонітових) системах. Якщо Na був замінений+ для Ca2+, кристалічна мережа була б дестабілізована більшою різницею в розмірах; тобто Na+ тому що він менший, він утворює більш стабільний кристал з HCO3- порівняно з Ca2+.

Фактично Ca (HCO)3)2(aq) потрібно випаровувати воду, щоб її іони могли бути згруповані в кристалі; але кристалічна решітка цього не достатньо міцна, щоб зробити це при кімнатній температурі. Коли вода нагрівається, відбувається реакція розкладання (вище рівняння).

Будучи іоном Na+ в розчині, це буде формувати кристал з HCO3- перед його термічним розкладанням.

Причина, чому Ca (HCO)3)2 вона не кристалізується (теоретично), це різниця іонних радіусів або розмірів її іонів, які не можуть утворити стабільний кристал перед його розкладанням.

Ca (HCO)3)2 проти CaCO3

Якщо, з іншого боку, H був доданий+ до кристалічних структур CaCO3, вони різко змінюють свої фізичні властивості. Можливо, його точки плавлення помітно падають, і навіть морфології кристалів виявляються модифікованими.

Чи варто спробувати синтез Ca (HCO)3)2 твердої? Труднощі можуть перевищувати очікування, а сіль з низькою структурною стабільністю може не надавати значних додаткових переваг у будь-яких застосуваннях, де вже використовуються інші солі.

Фізико-хімічні властивості

Хімічна формула

Ca (HCO)3)2

Молекулярна маса

162,11 г / моль

Фізичний стан

Він не з'являється в твердому стані. Він знаходиться у водному розчині і намагається перетворити його в тверду речовину шляхом випаровування води, не працював, оскільки перетворюється на карбонат кальцію.

Розчинність у воді

16,1 г / 100 мл при 0 ° С; 16,6 г / 100 мл при 20 ° C і 18,4 г / 100 мл при 100 ° C. Ці значення вказують на високу спорідненість молекул води для іонів Ca (HCO)3)2, як пояснено в попередньому розділі. Тим часом лише 15 мг CaCO3 вони розчиняються в літрі води, що відображає їх сильні електростатичні взаємодії.

Тому що Ca (HCO)3)2 вона не може утворювати тверда речовина, її розчинність не може бути визначена експериментально. Однак, враховуючи умови, створені СО2 розчинений у воді, що оточує вапняк, можна розрахувати масу кальцію, розчиненого при температурі Т; маса, яка дорівнювала б концентрації Ca (HCO)3)2.

При різних температурах розчинена маса зростає, як показано значеннями 0, 20 і 100 ° С. Отже, згідно з цими експериментами, скільки Са (HCO) визначається3)2 розчиняється поблизу СаСО3 у водному середовищі газифікують з допомогою CO2. Після того, як CO уникне2 газоподібний, CaCO3 буде осаджуватися, але не Са (HCO3)2.

Точки плавлення і кипіння

Кристалічна мережа Ca (HCO)3)2 набагато слабкіше, ніж CaCO3. Якщо він може бути отриманий в твердому стані, і виміряти температуру, при якій він плавиться всередині фузіометра, він, безсумнівно, отримає значення значно нижче 899ºC. Подібним же чином можна було б очікувати при визначенні температури кипіння.

Точка горіння

Не горючий.

Ризики

Оскільки ця сполука не існує у твердій формі, малоймовірно, що вона представляє ризик маніпулювати її водними розчинами, оскільки обидва2+ як HCO3- вони не шкідливі при низьких концентраціях; і, отже, найбільший ризик, який буде приймати такі рішення, може бути пов'язаний лише з небезпечною дозою кальцію, що надходить.

Якщо з'єднання утворює тверда речовина, навіть якщо воно може бути фізично відмінним від CaCO3, його токсичні ефекти можуть не виходити за рамки простого дискомфорту і резекцій після фізичного контакту або інгаляції.

Використання

-Розчини бікарбонату кальцію використовувалися довгий час для миття старих паперів, особливо творів мистецтва або історично важливих документів.

-Використання розчинів бікарбонату корисно не тільки тому, що вони нейтралізують кислоти в папері, але й забезпечують лужний резерв карбонату кальцію. Ця остання суміш забезпечує захист для майбутнього пошкодження на папері.

-Як і інші бікарбонати, він використовується в хімічних дріжджах і в складах шипучих таблеток або порошків. Крім того, бікарбонат кальцію використовується як харчова добавка (водні розчини цієї солі).

-Розчини бікарбонату використовували для профілактики остеопорозу. Проте в одному випадку спостерігалися вторинні ефекти, такі як гіперкальціємія, метаболічний алкалоз і ниркова недостатність..

-Бікарбонат кальцію вводять іноді внутрішньовенно для корекції депресивного ефекту гіпокаліємії на серцеву функцію.

-І, нарешті, він забезпечує кальцій організму, який є посередником скорочення м'язів, в той же час, що він виправляє ацидоз, який може виникнути в стані гіпокаліємії..

Список літератури

  1. Вікіпедія. (2018). Бікарбонат кальцію. Взяті з сайту: en.wikipedia.org
  2. Сіра Дюбуа. (3 жовтня 2017 року). Що таке бікарбонат кальцію? Отримано з: livestrong.com
  3. Науковий концентраційний центр. (2018). Карбонатна хімія. Отримано з: sciencelearn.org.nz
  4. PubChem. (2018). Бікарбонат кальцію. Отримано з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  5. Amy E. Gerbracht & Irene Brückle. (1997). Використання бікарбонату кальцію та розчинів бікарбонату магнію в малих консерваційних семінарах: результати дослідження. Отримано з: cool.conservation-us.org