کربنات کلسیم ماده ای معدنی است که از نظر مشخصات شیمیایی و فیزیکی اهمیت زیادی برای انسان دارد زیرا در موارد مختلف آزمایشگاهی ، صنعتی و خوراکی به کار می رود. بسیاری از داروها ، مکمل های غذایی و واکنش های شیمیایی توسط کربنات کلسیم انجام شده و یا این ماده در آن ها به کار رفته است. pH کربنات کلسیم و فرمول شیمیایی آن بسیار مهم است زیرا نباید با مواد دیگر واکنش های شیمیایی ناخواسته ایجاد نماید. در این مطلب به بررسی مشخصات فنی کربنات کلسیم می پردازیم.
pH کربنات کلسیم
این سوال که کربنات کلسیم اسید است یا باز برای مصارف مختلف مطرح می شود. بکار گیری موادی با پی اچ متفاوت و حالات اسیدی و بازی مختلف سبب ایجاد واکنش های شیمیایی و تغییر کلی مواد می گردد. هر چه pH یک ترکیب بیشتر باشد ، ماده به سمت قلیایی شدن رفته و هر چه کمتر می شود ، ماده حالت اسیدی به خود می گیرد. کربنات کلسیم pH در حدود 9 دارد یعنی ماده ای قلیایی است.
واکنش کربنات کلسیم با اسید های مختلف نظیر اسید سولفوریک ، اسید هیدروکلریک ، اسید استیک و … از جمله واکنش های مهم در علم شیمی است. زیرا این واکنش ها در تولید مواد شیمیایی مختلف ، تولید برخی انواع دارو و در صنایع غذایی بسیار رایج هستند.
ساختار و فرمول شیمیایی کربنات کلسیم
فرمولاسیون و ساختار شیمیایی هر ماده ، تعیین کننده ویژگی ها و عملکرد های آن است. کربنات کلسیم از اتم های کلسیم ، اکسیژن و کربن به وجود می آید. مولکول های این ماده ایجاد کننده ساختار کریستالی با شکل مثلثی ، شش ضلعی و … به صورت CaCO3 است. وزن این مولکول ها در حدود 100.0869 گرم بر مول و با قابلیت مغناطیسی 3.82-×5-10 می باشد.
مولکول کربنات کلسیم پذیرنده سه پیوند هیدروژنی و دو پیوند کووالانسی است. ممکن است در زمان تشکیل در طبیعت ، یون منیزیم هم در ترکیب آن قرار گیرد که در این صورت ترکیب دیگری به نام دولومیت ، با همان ویژگی های کربنات کلسیم تشکیل می گردد.
مشخصات فیزیکی کربنات کلسیم
کلسیم کربنات یک سنگ معدنی است بنابراین سختی زیادی دارد و از نظر ترمودینامیکی هم به ثبات رسیده است. نوع ساختار ایجاد و محیط تشکیل باعث تاثیرگذاری بر نوع کربنات کلسیم می شود. این ماده می تواند از لحاظ شیمیایی با سه حالت ساختاری به صورت کلسیت ، آراگونیت و وتریت در طبیعت تشکیل گردد که هر کدام ویژگی های شیمیایی مخصوص به خود را دارند. انواع آن در طبیعت به صورت گچ ، سنگ آهک ، مرمر و تراورتن یافت می گردد. امروزه حتی ما قادریم تا آن را به شکل شیمیایی تولید نماییم که با نام کربنات کلسیم رسوبی معروف است.
کربنات کلسیم خالص سفید رنگ است اما اگر ناخالصی داشته باشد ممکن است رنگ های کرم ، صورتی و خاکستری هم داشته باشد. این ماده بوی خاصی ندارد اما به دلیل ترکیبات گچی که در آن می باشد ، طعم گچ مانندی دارد.
دمای ذوب کربنات کلسیم هم از اهمیت زیادی بر خوردار می باشد. این دما بر اساس نوع ساختار کلسیم کربنات مشخص می شود. برای مثال آراگونیت دارای دمای ذوب 825 درجه و کلسیت که سختی بیشتری دارد ، دمای 1339 درجه سانتیگراد دارد. اهمیت دمای ذوب در این است زمان رسیدن به آن ، کربنات کلسیم تجزیه می گردد. زمانی که این ماده تجزیه شود ، با ایجاد تغییر شیمیایی ، تبدیل به آهک می گردد.
جرم مولی و حجمی و چگالی
چگالی کربنات کلسیم که میزان فشردگی این ماده را نشان می دهد بر اساس ساختار هر یک از فرمولاسیون های آن یعنی آراگونیت ، کلسیت و وتریت است. چگالی کلسیت در 2.711 گرم بر سانتی متر مکعب و چگالی آراگونیت 2.83 گرم برای سانتی متر مکعب می باشد. جرم مولکولی کربنات کلسیم 100.0869 گرم بر مول است و میزان دقیق آن بر اساس محاسبات pubchem برابر با 99.947335 گرم بر مول می باشد.
حلالیت کربنات کلسیم
انحلال پذیری کربنات کلسیم در آب خالص (آب مقطر) برابر با صفر است و این ماده اصلا در آب حل نمی شود. اما اگر آب دارای ناخالصی های مختلفی باشد ، ممکن است تا حدودی در آن حل شده و آب را سنگین کند (به دلیل افزایش میزان یون های کلسیم و منیزیم در آب). کلسیم کربنات همچنین در الکل ها و حلال های قطبی هم نامحلول می باشد و تنها به دلیل خاصیت قلیایی ، در اسید ها قابل انحلال است.