Tài liệu tham khảo: Canxi cacbonat

Canxi cacbonat

Mục từ Phấn trắng dẫn đến bài này. Xin đọc về khái niệm cùng tên trong niên đại

địa chất tại kỷ Phấn trắng.

Canxi cacbonat

Cacbonat canxi

Tổng quan

Danh pháp IUPAC Cacbonat canxi

Tên khác Canxi cacbonat

Công thức phân tử CaCO3

Phân tử gam 100,087 g/mol

Biểu hiện Bột màu trắng

[471-34-1] (tổng hợp) Số CAS [1317-65-3] (tự nhiên)

Thuộc tính

Tỷ trọng và pha 2,83 g/cm3, rắn

Độ hòa tan trong nước Không hòa tan

Điểm nóng chảy 825 °C (1.098 K)

Điểm sôi Phân hủy

pKa

pKb

Độ nhớt

Nguy hiểm

MSDS MSDS ngoài

Các nguy hiểm chính

NFPA 704

Điểm bắt lửa Không cháy

R: 36, 37, 38 Rủi ro/An toàn S: 26, 36

FF9335000 Số RTECS EV9580000

Trang dữ liệu bổ sung

Cấu trúc & thuộc tính n εr, v.v.

Dữ liệu nhiệt động lực Các trạng thái

rắn, lỏng, khí

Dữ liệu quang phổ UV, IR, NMR, MS

Các hợp chất liên quan

Magiê cacbonat Các hợp chất tương tự Stronti cacbonat

Canxi bicacbonat Các hợp chất liên quan Canxi ôxít

Ngoại trừ có thông báo khác, các dữ liệu

được lấy ở 25°C, 100 kPa

Thông tin về sự phủ nhận và tham chiếu

Cacbonat canxi hay Canxi cacbonat là một hợp chất hóa học với công thức hóa

học là CaCO3. Đây là một chất thường được sử dụng trong y tế như một chất bổ

sung canxi hay một chất khử chua. Cacbonat canxi là một thành phần cấu thành

hoạt hóa trong vôi nông nghiệp. Chất này thường được tìm thấy dưới dạng đá ở

khắp nơi trên thế giới, là thành phần chính trong mai/vỏ của các loài sò, ốc hoặc

vỏ của ốc sên. Nó là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nước cứng.

Hiện diện tự nhiên

Cacbonat canxi được tìm thấy trong tự nhiên trong các khoáng chất và đá sau:

 Aragonit

 Canxit

 Đá phấn

 Đá vôi

 Cẩm thạch hay đá hoa

 Travertin

Vỏ trứng có tới 95% là cacbonat canxi.

Để thử chất khoáng hay đá có chứa cacbonat canxi hay không, các axít mạnh như

axít clohiđric, có thể dùng để thử. Nếu mẫu thử có chứa cacbonat canxi, nó sẽ sủi

bọt và tạo ra khí điôxít cacbon (CO2) và nước (H2O). các axít yếu như axít axetic

cũng phản ứng nhưng với mức độ kém mạnh mẽ hơn. Tất cả các loại đá nêu trên

đều phản ứng với axít.

Điều chế

Đa số cacbonat canxi được sử dụng trong công nghiệp là được khai thác từ đá mỏ

hoặc đá núi. Cacbonat canxi tinh khiết (ví dụ loại dùng làm thuốc hoặc dược

phẩm), được điều chế từ nguồn đá mỏ (thường là cẩm thạch) hoặc nó có thể được

tạo ra bằng cách cho khí điôxít cacbon chạy qua dung dịch hyđroxit canxi theo

phản ứng như sau:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Tính chất hóa học

Cacbonat canxi có chung tính chất đặc trưng của các chất cacbonat. Đặc biệt là:

1. Tác dụng với axít mạnh, giải phóng điôxít cacbon:

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

2. Khi bị nung nóng, giải phóng điôxít cacbon (trên 825 °C trong trường hợp

của CaCO3), để tạo ôxít canxi, thường được gọi là vôi sống:

CaCO3 → CaO + CO2

Cacbonat canxi sẽ phản ứng với nước có hòa tan điôxít cacbon để tạo thành

bicacbonat canxi tan trong nước.

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2

Phản ứng này quan trọng trong sự ăn mòn núi đá vôi và tạo ra các hang động, gây

ra nước cứng.

Sử dụng

Chất này được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp xây dựng như đá xây dựng,

cẩm thạch hoặc là thành phần cầu thành của xi măng hoặc từ nó sản xuất ra vôi.

Trong đá vôi thường có cả cacbonat magiê.

Cacbonat canxi được sử dụng rộng rãi trong vai trò của chất kéo duỗi trong các

loại sơn, cụ thể là trong sơn nhũ tương xỉn trong đó thông thường khoảng 30%

khối lượng sơn là đá phấn hay đá hoa.

Cacbonat canxi cũng được sử dụng rộng rãi làm chất độn trong chất dẻo. Một vài

ví dụ điển hình bao gồm khoảng 15 - 20% đá phấn trong ống dẫn nước bằng PVC

không hóa dẻo (uPVC), 5 đến 15% đá phấn hay đá hoa tráng stearat trong khung

cửa sổ bằng uPVC. Cacbonat canxi mịn là thành phần chủ chốt trong lớp màng vi

xốp sử dụng trong tã giấy cho trẻ em và một số màng xây dựng do các lỗ hổng kết

nhân xung quanh các hạt cacbonat canxi trong quá trình sản xuất màng bằng cách

kéo giãn lưỡng trục.

Cacbonat canxi cũng được sử dụng rộng rãi trong một loạt các công việc và các

chất kết dính tự chế, chất bịt kín và các chất độn trang trí. Các keo dán ngói bằng

gốm thường chứa khoảng 70-80% đá vôi. Các chất độn chống nứt trang trí chứa

hàm lượng tương tự của đá hoa hay đolomit. Nó cũng được trộn lẫn với mát tít để

lắp các cửa sổ kính biến màu, cũng như chất cản màu để ngăn không cho thủy tinh

bị dính vào các ngăn trong lò khi nung các đồ tráng men hay vẽ bằng thuốc màu ở

nhiệt độ cao.

Cacbonat canxi cũng được sử dụng rộng rãi trong y tế với vai trò là thuốc bổ sung

khẩu phần canxi giá rẻ, chất khử chua và/hoặc chất gắn phốtphat. Nó cũng được sử

dụng trong công nghiệp dược phẩm làm chất nền cho thuốc viên làm từ loại dược

phẩm khác.

Cacbonat canxi được biết đến là "chất làm trắng" trong việc tráng men đồ gốm sứ

nơi nó được sử dụng làm thành phần chung cho nhiều loại men dưới dạng bột

trắng. Khi lớp men có chứa chất này được nung trong lò, chất vôi trắng là vật liệu

trợ chảy trong men.

Nó cũng thường được gọi là đá phấn vì nó là thành phần chính của phấn viết bảng.

Phấn viết ngày nay có thể hoặc làm từ cacbonat canxi hoặc là thạch cao, sulfat

canxi ngậm nước CaSO4·2H2O.

Ở Bắc Mỹ, cacbonat canxi đã bắt đầu thay thế cao lanh trong việc sản xuất giấy

bóng. Châu Âu đã thực hiện việc sản xuất giấy kiềm hay sản xuất giấy không axit

trong nhiều thập kỷ. Cacbonat có sẵn dưới các dạng: cacbonat canxi ngầm hay

cacbonat canxi kết tủa. Loại kết tủa này rất mịn và có kích cỡ hạt khống chế được,

có kích thước ở mức đường kính khoảng 2 micron, hữu dụng trong việc làm lớp

tráng ngoài của giấy.

Là một phụ gia thực phẩm, nó được sử dụng trong một số sản phẩm sữa đậu nành

như một nguồn bổ sung khẩu phần canxi.

Năm 1989, một nhà nghiên cứu đã cho CaCO3 vào suối Whetstone ở Massachusetts [cần dẫn nguồn]. Ông ta hy vọng rằng cacbonat canxi sẽ phản ứng với

axit trong dòng suối này do mưa gây ra nhằmg cứu loài cá hồi trước đó đã ngưng

đẻ trứng. Dù cho thí nghiệm của ông thành công, nhưng nó cũng là tăng lượng ion

nhôm trong khu vực của con suối không được xử lý bằng đá vôi. Điều này cho

thấy rằng CaCO3 có thể thêm vào để trung hòa tác dụng của mưa axit ở trong các

hệ sinh thái sông. Ngày nay, cacbonat canxi được sử dụng để trung hòa tình trạng chua ở trong đất và nước (như ở ruộng phèn). [cần dẫn nguồn]

Cân bằng nung vôi

[1]

Áp suất cân bằng của CO2 với CaCO3

550 °C 0,055 kPa

587 °C 0,13 kPa

605 °C 0,31 kPa

680 °C 1,80 kPa

727 °C 5,9 kPa

748 °C 9,3 kPa

777 °C 14 kPa

800 °C 24 kPa

830 °C 34 kPa

852 °C 51 kPa

871 °C 72 kPa

881 °C 80 kPa

891 °C 91 kPa

898 °C 101 kPa

937 °C 179 kPa

1.082 °C 901 kPa

1.241 °C 3.961 kPa

Quá trình nung vôi của đá vôi sử dụng nhiệt của lò than để sản xuất vôi sống đã

được thực hiện từ thời cổ đại trong nhiều nền văn hóa trên khắp thế giới. Câu trả

lời cho câu hỏi "Lửa cần có nhiệt độ là bao nhiêu?" thông thường đưa ra con số

825 °C, nhưng thông báo về ngưỡng tuyệt đối là sai lầm. Cacbonat canxi tồn tại

trong cân bằng với ôxít canxi và điôxít cacbon ở bất kỳ nhiệt độ nào. Ở mỗi mức

nhiệt độ đều có một áp suất thành phần của điôxít cacbon sao cho nó là cân bằng

với cacbonat canxi. Ở nhiệt độ phòng thì cân bằng nghiêng hẳn về phía cacbonat

canxi, do áp suất cân bằng của CO2 chỉ là phần rất nhỏ trong áp suất thành phần

của CO2 trong không khí, nó là khoảng 0,035 kPa. Ở nhiệt độ trên 550 °C thì áp

suất cân bằng của CO2 bắt đầu vượt qua áp suất của CO2 trong không khí. Vì thế

trên 550 °C thì cacbonat canxi bắt đầu giải phóng CO2 vào không khí. Nhưng

trong các lò nung bằng than thì nồng độ của CO2 sẽ cao hơn rất nhiều so với nồng

độ của nó trong không khí. Nếu tất cả ôxy trong lò nung được tiêu thụ cho sự cháy

thì áp suất thành phần của CO2 trong lò có thể cao tới 20 kPa. Bảng bên cạnh chỉ

ra rằng áp suất cân bằng này không thể đạt được cho đến khi nhiệt độ là gần 800

°C. Để việc giải phóng CO2 từ cacbonat canxi có thể diễn ra ở tốc độ có lợi về mặt

kinh tế thì áp suất cân bằng phải cao hơn đáng kể so với áp suất xung quanh của

CO2. Và để cho nó diễn ra nhanh chóng thì áp suất cân bằng phải vượt qua áp suất

tổng cộng của không khí (101 kPa), điều này chỉ xảy ra ở 898 °C.

Hòa tan trong nước

Cacbonat canxi hòa tan rất kém trong nước. Cân bằng của dung dịch của nó được

đưa ra theo phương trình sau (với cacbonat canxi hòa tan ở vế phải):

2–

2–] được đưa ra trong khoảng Ksp = trong đó cân bằng hòa tan đối với [Ca2+][CO3 3,7×10–9 tới Ksp = 8,7×10–9 ở 25 °C, tùy theo nguồn dữ liệu[2],[3]. Nó có nghĩa là sản phẩm nồng độ mol của các ion canxi (số mol Ca2+ hòa tan trên một lít dung

Ksp = 3,7×10–9 tới 8,7×10–9 ở 25 CaCO3 ⇋ Ca2+ + CO3 °C

2– hòa tan không thể vượt quá giá trị Ksp. Nó dường

dịch) với nồng độ mol của CO3

như là một phương trình hòa tan đơn giản, tuy nhiên, cần phải tính toán tới cân 2– kết hợp

2–

bằng phức tạp hơn nhiều của điôxít cacbon với nước. Một số ion CO3 với các ion H+ trong dung dịch theo phương trình:

– ⇋ H+ + CO3

– còn gọi là ion bicacbonat. Bicacbonat canxi hòa tan trong nước cao gấp

HCO3 Ka2 = 5,61×10–11 ở 25 °C

HCO3

– kết hợp với H+ trong dung dịch theo phương trình:

nhiều lần so với cacbonat canxi -- nhưng nó chỉ tồn tại trong dung dịch.

–

Một số ion HCO3

H2CO3 ⇋ H+ + HCO3 Ka1 = 2,5×10–4 ở 25 °C

Một số H2CO3 phân rã thành nước và điôxít cacbon hòa tan theo phương trình:

H2O + CO2(hòa tan) ⇋ H2CO3 Kh = 1,70×10–3 ở 25 °C

Và điôxít cacbon hòa tan nằm trong cân bằng với điôxít cacbon trong không khí

theo phương trình:

trong đó k'c = 29,76

atm/(mol/L) ở 25°C (Hằng số

Henry), là áp suất thành

phần của CO2.

Độ hòa tan của ion canxi

như là hàm số của áp suất thành phần của CO2 ở 25 °C

(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

Đối với không khí xung quanh, là khoảng 3,5×10–4 atm (hay khoảng 35 Pa).

, phụ Phương trình cuối trên đây coi nồng độ của CO2 hòa tan như hàm số của

thuộc vào nồng độ của CaCO3 hòa tan. Ở áp suất thành phần trong không khí của CO2 thì nồng độ của CO2 hòa tan là 1,2×10–5 mol/L. Phương trình trước đó coi nồng độ của H2CO3 như hàm số của [CO2]. Đối với [CO2]=1,2×10–5, nó cho kết quả là [H2CO3]=2,0×10–8 mol/L. Khi [H2CO3] đã biết thì ba phương trình còn lại

cùng với

H2O ⇋ H+ + OH– K = 10–14 ở 25 °C

(điều này là đúng cho mọi dung dịch trong nước), và một thực tế là dung dịch phải

2–] + [OH–]

trung hòa về điện,

–] + 2[CO3

2[Ca2+] + [H+] = [HCO3

làm cho nó là có thể giải được đồng thời cho 5 nồng độ chưa biết còn lại. Bảng bên phải chỉ ra kết quả cho [Ca2+] và [H+] (trong dạng pH) như là hàm số của áp suất thành phần xung quanh của CO2 (Ksp = 4,47×10−9 được lấy để tính toán). Ở

các mức trong không khí của CO2 xung quanh thì bảng chỉ ra rằng dung dịch hơi

có tính kiềm. Xu hướng mà bảng này chỉ ra là:

1) Khi áp suất thành phần xung quanh của CO2 giảm xuống dưới mức của

không khí thì dung dịch trở nên kiềm hơn. Ở cực thấp, CO2 hòa tan,

ion bicacbonat và ion cacbonat chủ yếu thoát ra từ dung dịch, để lại dung

dịch có tính kiềm cao hơn của hyđroxit canxi với độ hòa tan cao hơn của

CaCO3.

2) Khi áp suất thành phần xung quanh của CO2 tăng tới các mức cao hơn

mức trong không khí thì pH giảm xuống và phần nhiều ion cacbonat bị chuyển hóa thành ion bicacbonat, kết quả là độ hòa tan cao hơn của Ca2+.

Hiệu ứng của xu hướng sau được nhận thấy hàng ngày đối với những người sử

dụng nước cứng. Nước trong các tầng ngậm nước ngầm dưới mặt đất có thể tiếp

xúc với các mức CO2 cao hơn của không khí. Do nguồn nước này thấm qua các