Štruktúra, vlastnosti, riziká a použitie vápnika



hydrogenuhličitanu vápenatého je anorganická soľ s chemickým vzorcom Ca (HCO)3)2. Vzniká v prírode z uhličitanu vápenatého prítomného vo vápencových skalách a mineráloch, ako je kalcit.

Hydrogenuhličitan vápenatý je rozpustnejší vo vode ako uhličitan vápenatý. Táto charakteristika umožnila vznik krasových systémov vo vápencových skalách a pri štruktúrovaní jaskýň.

Podzemné vody, ktoré prechádzajú trhlinami, sa pri ich vytesňovaní oxidu uhličitého (CO2). Tieto vody erodujú vápencové horniny uvoľňujúce uhličitan vápenatý (CaCO)3), ktorý bude tvoriť hydrogenuhličitan vápenatý, podľa nasledujúcej reakcie: \ t

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

Táto reakcia sa vyskytuje v jaskyniach, kde vzniká veľmi tvrdá voda. Hydrogenuhličitan vápenatý sa nenachádza v tuhom stave, ale vo vodnom roztoku spolu s Ca2+, hydrogenuhličitan (HCO)3-) a uhličitanového iónu (CO32-).

Následne, keď sa saturácia oxidu uhličitého vo vode znižuje, dochádza k reverznej reakcii, to znamená k premene hydrogenuhličitanu vápenatého na uhličitan vápenatý:

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

Uhličitan vápenatý je slabo rozpustný vo vode, čo spôsobuje jeho zrážanie vo forme pevnej látky. Vyššie uvedená reakcia je veľmi dôležitá pri tvorbe stalaktitov, stalagmitov a iných speleotémov v jaskyniach.

Tieto skalnaté štruktúry sú tvorené kvapkami vody, ktoré padajú zo stropu jaskýň (vrchný obrázok). CaCO3 prítomné v kvapkách vody kryštalizujú za vzniku uvedených štruktúr.

Skutočnosť, že hydrogenuhličitan vápenatý sa nenachádza v tuhom stave, sťažila jeho použitie a našlo sa niekoľko príkladov. Tiež je ťažké nájsť informácie o jeho toxických účinkoch. Existuje správa o súbore vedľajších účinkov jej použitia ako liečby na prevenciu osteoporózy.

štruktúra

Na hornom obrázku sú zobrazené dva HCO anionty3- a katión2+ elektrostaticky. Ca2+ podľa obrázku by mal byť umiestnený uprostred, pretože to je to, ako HCO3- neboli by sa navzájom odpudzovať kvôli ich negatívnym poplatkom.

Záporný náboj v HCO3- je delokalizovaný medzi dvoma atómami kyslíka rezonanciou medzi C = O karbonylovou skupinou a C-O väzbou-; v CO32-, Toto je delokalizované medzi tromi atómami kyslíka, pretože väzba C-OH je deprotonovaná a môže teda získať záporný náboj rezonanciou.

Geometrie týchto iónov sa môže považovať za guľôčky vápnika obklopené plochými trojuholníkmi karbonátov s hydrogenovaným koncom. Čo sa týka pomeru veľkosti, vápnik je výrazne menší ako HCO ióny3-.

Vodné roztoky

Ca (HCO)3)2 Nemôže tvoriť kryštalické pevné látky a skutočne pozostáva z vodných roztokov tejto soli. V nich nie sú ióny samotné, ako v obraze, ale obklopené molekulami H.2O.

Ako komunikujú? Každý ión je obklopený hydratačnou guľou, ktorá bude závisieť od kovu, polarity a štruktúry rozpustených druhov.

Ca2+ koordinuje s atómami kyslíka vo vode za vzniku aquokomplexu, Ca (OH)2)n2+, kde n sa všeobecne považuje za šesť; to znamená "vodný oktaedron" okolo vápnika.

Zatiaľ čo anióny HCO3- s vodíkovými väzbami (OR)2CO-H, OH,2) alebo s vodíkovými atómami vo vode v smere záporných delokalizácií náboja (HOCO)2- Interakcia H-OH, dipólovo-ión).

Tieto interakcie medzi Ca2+, HCO3- a voda je tak účinná, že robí hydrogenuhličitan vápenatý veľmi rozpustným v tomto rozpúšťadle; na rozdiel od CaCO3, v ktorom elektrostatické atrakcie medzi Ca2+ a CO32- sú veľmi silné, vyzrážané z vodného roztoku.

Okrem vody existujú aj molekuly CO2 , ktoré reagujú pomaly, aby poskytli viac HCO3- (v závislosti od hodnôt pH).

Hypotetická pevná látka

Doteraz boli veľkosti a náboje iónov v Ca (HCO)3)2, ani prítomnosť vody, vysvetliť, prečo tuhá zlúčenina neexistuje; to znamená čisté kryštály, ktoré môžu byť charakterizované rôntgenovou kryštalografiou.3)2 Nie je nič viac ako ióny prítomné vo vode, z ktorej rastú kavernózne útvary.

Áno Ca2+ a HCO3- mohli by byť izolované z vody, aby sa zabránilo nasledujúcej chemickej reakcii: \ t

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

Potom môžu byť zoskupené do bielej kryštalickej pevnej látky so stechiometrickými pomermi 2: 1 (2HCO)3/ 1Ca). Neexistujú žiadne štúdie o jeho štruktúre, ale to by mohlo byť v porovnaní s NaHCO3 (pre hydrogenuhličitan horečnatý, Mg (HCO))3)2, ani neexistuje ako pevná látka), ani s CaCO3.

Stabilita: NaHCO3 vs Ca (HCO)3)2

NaHC033 kryštalizuje v monoklinickom systéme a CaCO3 v trigonálnych (kalcitových) a ortorombických (aragonitových) systémoch. Ak bol Na nahradený+ pre Ca2+, kryštalická sieť by bola destabilizovaná väčším rozdielom vo veľkostiach; to znamená Na+ pretože je menšia, vytvára s HCO stabilnejší kryštál3- v porovnaní s Ca2+.

V skutočnosti, Ca (HCO)3)2(aq) potrebuje vodu, aby sa odparila, takže jej ióny môžu byť zoskupené do kryštálu; ale kryštalická mriežka tohto nie je dostatočne silná, aby to robila pri izbovej teplote. Keď sa voda ohrieva, dochádza k rozkladnej reakcii (vyššie uvedená rovnica).

Byť Na ión+ v roztoku by to tvorilo kryštál s HCO3- pred jeho tepelným rozkladom.

Dôvod, prečo prečo Ca (HCO)3)2 nevykryštalizuje (teoreticky), je to rozdielom iónových polomerov alebo veľkostí jeho iónov, ktoré nemôžu tvoriť stabilný kryštál pred jeho rozkladom.

Ca (HCO)3)2 vs CaCO3

Na druhej strane sa pridal H+ kryštalických štruktúr CaCO3, drasticky by zmenili svoje fyzikálne vlastnosti. Možno, že jeho teploty topenia výrazne klesajú a dokonca aj morfológie kryštálov sa modifikujú.

Bolo by vhodné vyskúšať syntézu Ca (HCO)3)2 Solid? Ťažkosti môžu prevýšiť očakávania a soľ s nízkou štrukturálnou stabilitou nemusí poskytovať významné dodatočné výhody v žiadnej aplikácii, kde sa už používajú iné soli..

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Chemický vzorec

Ca (HCO)3)2

Molekulová hmotnosť

162,11 g / mol

Fyzikálny stav

Nezdá sa v pevnom stave. Nachádza sa vo vodnom roztoku a pokusy o jeho premenu na pevnú látku odparením vody, nefungujú, pretože sa konvertujú na uhličitan vápenatý.

Rozpustnosť vo vode

16,1 g / 100 ml pri 0 ° C; 16,6 g / 100 ml pri 20 ° C a 18,4 g / 100 ml pri 100 ° C. Tieto hodnoty indikujú vysokú afinitu molekúl vody pre ióny Ca (HCO)3)2, ako je vysvetlené v predchádzajúcej časti. Medzitým len 15 mg CaCO3 rozpúšťajú sa v litri vody, čo odráža ich silné elektrostatické interakcie.

Pretože Ca (HCO)3)2 nemôže tvoriť pevnú látku, jej rozpustnosť nie je možné stanoviť experimentálne. Vzhľadom na podmienky vytvorené CO2 rozpustená vo vode obklopujúcej vápenec, mohla by sa vypočítať hmotnosť vápnika rozpusteného pri teplote T; hmotnosť, ktorá by sa rovnala koncentrácii Ca (HCO)3)2.

Pri rôznych teplotách sa rozpustená hmota zvyšuje, ako ukazujú hodnoty pri 0, 20 a 100 ° C. Takže podľa týchto experimentov, koľko Ca (HCO) je určené3)2 sa rozpúšťa v blízkosti CaCO3 vo vodnom médiu splynovanom s CO2. Akonáhle unikne CO2 plynný, CaCO3 precipituje, ale nie Ca (HCO3)2.

Fúzia a body varu

Kryštalická sieť Ca (HCO)3)2 je oveľa slabšia ako CaCO3. Ak sa dá získať v pevnom stave a merať teplotu, pri ktorej sa roztaví vo fusiometri, určite by dosiahla hodnotu výrazne pod 899 ° C. Podobne sa dá očakávať aj pri stanovení teploty varu.

Spaľovací bod

Nie je horľavý.

riziká

Pretože táto zlúčenina neexistuje v pevnej forme, je nepravdepodobné, že by predstavovala riziko manipulácie s jej vodnými roztokmi, pretože Ca2+ ako HCO3- pri nízkych koncentráciách nie sú škodlivé; a preto najväčšie riziko, ktoré by mohlo byť prijímaním takýchto riešení, by mohlo byť spôsobené iba nebezpečnou dávkou prijatého vápnika.

Ak zlúčenina vytvorila tuhú látku, aj keď môže byť fyzikálne odlišná od CaCO3, jeho toxické účinky nesmú presahovať jednoduché nepohodlie a resekcie po fyzickom kontakte alebo inhalácii.

aplikácie

-Roztoky hydrogénuhličitanu vápenatého sa už dlho používajú na pranie starých papierov, najmä umeleckých diel alebo historicky dôležitých dokumentov.

-Použitie roztokov hydrogenuhličitanu je užitočné nielen preto, že neutralizujú kyseliny v papieri, ale tiež poskytujú alkalickú rezervu uhličitanu vápenatého. Táto posledná zlúčenina poskytuje ochranu pre budúce poškodenie na papieri.

-Rovnako ako iné hydrogenuhličitany, používa sa v chemických kvasinkách a vo formuláciách šumivých tabliet alebo práškov. Okrem toho sa ako potravinová prísada (vodné roztoky tejto soli) používa hydrogenuhličitan vápenatý..

-Roztoky hydrogenuhličitanu sa používajú pri prevencii osteoporózy. V jednom prípade však boli pozorované sekundárne účinky ako hyperkalcémia, metabolická alkalóza a zlyhanie obličiek..

-Hydrogenuhličitan vápenatý sa príležitostne podáva intravenózne, aby sa korigoval depresívny účinok hypokalémie na srdcovú funkciu.

-A napokon poskytuje organizmu vápnik, ktorý je sprostredkovateľom svalovej kontrakcie a zároveň koriguje acidózu, ktorá sa môže vyskytnúť v hypokalémii..

referencie

  1. Wikipedia. (2018). Hydrogenuhličitan vápenatý. Prevzaté z: en.wikipedia.org
  2. Sirah Dubois. (3. októbra 2017). Čo je hydrogenuhličitan vápenatý? Zdroj: livestrong.com
  3. Science Learning Hub. (2018). Karbonátová chémia. Zdroj: sciencelearn.org.nz
  4. PubChem. (2018). Hydrogénuhličitan vápenatý. Zdroj: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  5. Amy E. Gerbracht & Irene Brückle. (1997). Použitie roztokov hydrogénuhličitanu vápenatého a hydrogenuhličitanu horečnatého v malých dielňach na ochranu: Výsledky prieskumu. Zdroj: cool.conservation-us.org