کربنات کلسیم یک سنگ معدنی است که تشکیل دهنده 4 درصد از کل پوسته کره زمین می باشد. یکی از ویژگی های شیمیایی کربنات کلسیم این است که در آب حل نمی شود و یا انحلال پذیری اندکی دارد. حلالیت کربنات کلسیم در آب در حدود 15 میلی گرم در هر یک لیتر آب در دمای 25 درجه سانتی گراد است اما هر چه غلظت دی اکسید کربن در آب افزایش یابد ، میزان بیشتری کلسیم کربنات در آب حل می شود زیرا دی اکسید کربن سبب تبدیل بخشی از آن به بی کربنات کلسیم می شود که ماده ای محلول در آب است.
نکته عجیب در مورد کربنات کلسیم این است که بر خلاف دیگر ترکیبات ، هر چه دمای آب افزایش پیدا کند ، میزان کمتری از آن در آب حل می شود. کربنات کلسیم در آبی که غلظت دی اکسید کربن آن زیاد است حل می شود و سپس ، با خارج شدن دی اکسید کربن به صورت گاز از آب ، کلسیم کربنات هم ته نشین می شود که همین چرخه سبب ساخته شدن غار های اهکی ، استالاگمیت ها و استالاکتیت ها در کره زمین شده است. انواع مختلفی از سنگ های کربناته وجود دارد که از جمله می توان به سنگ آهک ، کلسیت ، سنگ مرمریت ، آراگونیت و واتریت اشاره نمود و تقریبا همه آنها در آب نامحلول هستند.
چرا کربنات کلسیم در آب حل نمی شود؟
پاسخ به این سوال از منظر علم شیمی آسان می باشد. حل نشدن کلسیم کربنات در آب به این دلیل است که پیوندهای الکترواستاتیکی بین آنیون کربنات و یون کلسیم قوی تر از آن است که توسط حلالیت مولکول های آب شکسته شوند. کربنات یک یون منفی با بار مضاعف است که پیوندهای الکترواستاتیکی قوی با یون‌های فلزی همچون کلسیم تشکیل می دهد. یون کلسیم با بار الکتریکی مضاعف هم پیوندهای یونی قوی تشکیل می دهد که در نتیجه پیوند های موجود در کربنات کلسیم بسیار قدرتمند و پایدار هستند و توسط حلالیت آب شکسته نمی شوند.
چطور می توان کربنات کلسیم را در آب حل کرد
همانطور که گفته شد ، کلسیم کربنات در آب خالص تقریبا نامحلول است اما روش هایی برای حل کردن آن در آب وجود دارد. اصلی ترین روش افزایش حلالیت این ماده در آب ، افزایش غلظت دی اکسید کربن در آب می باشد. این روشی است که در طبیعت انجام می شود و سبب انحلال بخشی از کربنات کلسیم در آب می شود. معادله واکنش آن به صورت زیر است:
CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2
بر اساس این معادله ، وجود دی اکسید کربن در آب سبب تبدیل شدن کربنات کلسیم به بیکربنات کلسیم می شود که ماده ای قابل انحلال در آب است. البته اگر دی اکسید کربن موجود در آب به صورت گاز آزاد شود ، بیکربنات دوباره به کربنات کلسیم تبدیل شده و ته نشین می شود. همچنین دمای آب هم رابطه عکس با انحلال پذیری آن دارد به طوری که هر چه دمای آب بیشتر شود ، کلسیم کربنات کمتر در آب حل می گردد.
کربنات کلسیم و سنگ های کربناته خاصیت قلیایی دارند یعنی pH آنها بالای 7 است. حلال مواد قلیایی اسید ها هستند بنابراین با افزودن مقداری اسید همچون اسید سولفوریک ، اسید کلریدریک یا سرکه به داخل آن ، کربنات کلسیم در تا حدودی در آب حل می شود.