Карбонат кальция
Общие сведения
Карбонат кальция представляет собой весьма распространенное химическое соединение, которое в естественной среде встречается в виде различных минералов. В повседневной жизни и промышленности это вещество известно под такими названиями, как мел, мрамор и известняк. Карбонат кальция является основным структурным компонентом скорлупы птичьих яиц, раковин разнообразных моллюсков и скелетов кораллов. Кроме того, в бытовых условиях данное соединение часто предстает в виде твердых отложений, например, накипи на стенках чайников. Соединение способно существовать в трех основных кристаллических модификациях: кальците, арагоните и фатерите, каждая из которых имеет свои особенности формирования и химической стабильности.
Свойства и характеристики
С химической точки зрения соединение обладает рядом специфических свойств. При сильном нагревании карбонат кальция подвергается термическому разложению, в результате которого образуются оксид кальция, известный как негашеная известь, и углекислый газ. В чистой воде вещество не растворяется, однако при взаимодействии с водой, насыщенной углекислым газом, оно переходит в растворимую кислую соль — гидрокарбонат кальция. Карбонат кальция активно реагирует с сильными кислотами. В ходе этой реакции происходит вытеснение угольной кислоты, которая моментально распадается на воду и углекислый газ, что часто применяется в лабораторной практике для получения углекислого газа. При обжиге в присутствии углерода соединение образует карбид кальция и углекислый газ. С медицинской и токсикологической точек зрения вещество считается нетоксичным. Тем не менее систематическое употребление в больших дозах, превышающих полтора грамма в день, способно спровоцировать молочно-щелочной синдром. Для данного вещества также определены предельно допустимые концентрации и летальные дозы при экстремальном воздействии.
Нахождение в природе
В природе карбонат кальция распространен исключительно широко. Приблизительно десять процентов всех осадочных пород на планете составляют известняки, которые преимущественно сложены из кальцитовых останков раковин древнейших простейших морских организмов. Эти залежи формировались на протяжении миллиардов лет в результате отмирания морской фауны. Любая горная порода, содержащая значительное количество данного соединения, классифицируется как известняк. Наиболее известными породами такого типа являются мел, мрамор и доломит. Различные кристаллические модификации соединения имеют разное природное происхождение. Арагонит чаще всего формируется в раковинах моллюсков и скелетах кораллов, а также образует массивные отложения в карстовых пещерах за счет химического осаждения из водных растворов. Менее стабильная разновидность, фатерит, при контакте с водой обычно трансформируется в кальцит. Переход нерастворимых карбонатов в растворимые гидрокарбонаты и их последующий перенос водными массами обеспечивает глобальный круговорот кальция в природе, а также приводит к формированию карстовых пещер, сталактитов и сталагмитов.
Получение
Промышленное получение чистого карбоната кальция в большинстве случаев базируется на переработке природных ископаемых. Исходным сырьем служат горные породы, такие как мрамор, мел или известняк. Процесс заключается в тщательном измельчении добытой породы и последующем отделении целевого вещества от различных примесей. В лабораторных условиях применяется метод химического синтеза. Для этого используется гидроксид кальция, также известный как гашеная известь. При пропускании углекислого газа через раствор гидроксида кальция происходит химическая реакция, в результате которой карбонат кальция выпадает в осадок и образуется вода.
Применение
Область применения карбоната кальция охватывает множество промышленных и бытовых сфер. Около пятидесяти процентов всего производимого очищенного вещества потребляется индустрией пластмасс, где оно служит важнейшим наполнителем при изготовлении поливинилхлорида, лавсана и полиолефинов. Соединение широко используется в качестве наполнителя, отбеливателя и раскислителя в производстве бумаги, резины, силикатного стекла, лакокрасочных материалов и различных строительных шпаклевок. Благодаря своим легким шероховатым свойствам вещество добавляется в зубные пасты, средства для чистки сантехники и кремы для обуви. В сельском хозяйстве и садоводстве оно применяется для раскисления кислых почв, побелки потолков и покраски стволов деревьев. Пищевая промышленность использует карбонат кальция как безопасную добавку, выполняющую функции регулятора кислотности, стабилизатора, красителя и агента, препятствующего образованию комков в сухих молочных продуктах. В ряде стран вещество добавляется в соевое молоко, консервированные овощные продукты для их укрепления, а также в муку грубого помола. Кроме того, карбонат кальция рассматривается как источник диетического кальция, хотя его усвояемость уступает кальцию, получаемому из натуральных молочных продуктов.