Wodorowęglan wapnia

Wodorowęglan wapnia jest nieorganiczną solą z grupy wodorowęglanowej

Co to jest wodorowęglan wapnia?

On wodorowęglan wapnia Jest to sól nieorganiczna o wzorze chemicznym CA (HCO₃)₂. Pochodzi z natury z węglanu wapnia obecnego w wapie i kamieniach mineralnych, takich jak kalcyt.

Wodorowęglan wapnia jest bardziej rozpuszczalny w wodzie niż węglan wapnia. Ta funkcja pozwoliła na tworzenie systemów krasowych w skałach wapiennych i struktury jaskiń.

Wody gruntowe, które przecina pęknięcia, nasyca się przemieszczeniem dwutlenku węgla (CO₂).

Wody te erodują wapienne skały uwalniające węglan wapnia (CACO₃), że wodorowęglan wapnia powstanie, zgodnie z następującą reakcją:

Złodziej₃(s) +co₂(g) +h₂Lub (l) => ca (hco₃)₂(aq)

Ta reakcja występuje w jaskiniach, w których pochodzą bardzo twarde wody. Wodorowęglan wapnia nie jest w stanie stałym, ale w roztworze wodnym, wraz z CA²⁺, Wodorowęglan (HCO₃^-) i jon węglanowy (co₃^2-).

Następnie, poprzez zmniejszenie nasycenia dwutlenku węgla w wodzie, zachodzi odwrotna reakcja, to znaczy transformacja wodorowęglanu wapnia w węglan wapnia:

CA (HCO₃)₂(aq) => co₂ (g) +h₂Lub (l) +caco₃ (S)

Węglan wapnia jest mało rozpuszczalny w wodzie, co powoduje, że jego wytrącanie występuje jako ciało stałe. Poprzednia reakcja jest bardzo ważna w tworzeniu stalaktytów, stalagmitów i innej grubości w jaskiniach.

Te skaliste konstrukcje powstają z kropli wody, które spadają z sufitu jaskini. Kako₃ obecne w kroplach wody jest krystalizowane w celu utworzenia wyżej wymienionych struktur.

Fakt, że nie znalezienie wodorowęglanu wapnia w stanie stałym utrudnił jego zastosowanie, znalezienie kilku przykładów w tym zakresie. 

Struktura wodorowęglanu wapnia

Struktura chemiczna wodorowęglanu wapnia

Na górnym obrazie pokazano dwa aniony HCO₃^- i kation²⁺ interakcja elektrostatycznie. CA²⁺, Zgodnie z obrazem powinien znajdować się na środku, ponieważ tak HCO₃^- Nie odparły ze sobą za swoje negatywne opłaty.

Obciążenie ujemne w HCO₃^- Przenosi się między dwoma atomami tlenu, przez rezonans między grupą karbonylową C = O a łącznikiem C-O^-; podczas gdy w CO₃^2-, Jest to przeniesione między trzema atomami tlenu, ponieważ wiązanie C-O jest niezabezpieczone i może otrzymać ujemne obciążenie rezonansowe.

Może ci służyć: difenyloamina

Geometrie tych jonów można uznać za kulki wapnia otoczone płaskimi trójkątami węglanowymi z uwodornionym końcem. Pod względem współczynnika wielkości wapń jest niezwykle mniejszy niż jony HCO₃^-.

Wodne rozwiązania

Wodorowęglan wapnia Nie można tworzyć krystalicznych ciał stałych i naprawdę składa się z wodnych roztworów tej soli. W nich jony nie są same, jak na obrazie, ale otoczone cząsteczkami H₂ALBO.

Każdy jon jest otoczony sfery nawodnienie, która będzie zależeć od metalu, polaryzacji i struktury rozpuszczonych gatunków.

CA²⁺ Koordynuje się z atomami tlenu wody, tworząc akwokompleks, CA (OH₂)_N²⁺, gdzie n zwykle uważa się za sześć; to znaczy „wodny oktaedron” wokół wapnia.

Podczas gdy aniony HCO₃^- Dobrze oddziałują, albo z mostami wodorowymi (lub₂Co-H-OH₂) lub z atomami wodoru wody w kierunku obciążenia ujemnego (hoco₂^- H-OH, interakcja dipolowa).

Te interakcje między CA²⁺, HCO₃^- A woda jest tak wydajna, że ​​wodorowęglan wapnia jest bardzo rozpuszczalny w tym rozpuszczalniku; W przeciwieństwie do węglanu wapnia (CACO₃), w którym atrakcje elektrostatyczne między CA²⁺ i co₃^2- Są bardzo silne, wytrącając wodny roztwór.

Oprócz wody istnieją ko -molekuły₂ wokół, które powoli reagują, aby wnieść więcej HCO₃^- (W zależności od wartości pH).

Hipotetyczne stałe

Jak dotąd rozmiary jonów i obciążenia wodorowęglanu wapnia, ani obecność wody, nie wyjaśniają, dlaczego nie ma związku stałego; to znaczy czyste kryształy, które można scharakteryzować za pomocą krystalografii X -Ray. Wodorowęglan wapnia jest niczym więcej niż jonami obecnymi w wodzie, z której formacje przepastne nadal rosną.

Tak Ca²⁺ i HCO₃^- Mogą odizolować się od wody, unikając następującej reakcji chemicznej:

CA (HCO₃)₂(aq) → caco₃(s) + co₂(g) + h₂Lub (l)

Następnie można je pogrupować w białą krystaliczną substancję stałą z proporcjami stechiometrycznymi 2: 1 (2HCO₃/1ca).

Może ci służyć: 30 przykładów zawiesin chemicznych

Nie ma badań dotyczących jego struktury, ale można go porównać z strukturą wodorowęglanu sodu (jako wodorowęglan magnezu, Mg (HCO₃)₂, nie istnieje również jako solidne), ani w przypadku węglanu wapnia.

Stabilność: wodorowęglan sodu (Nahco₃) vs. wodorowęglan wapnia (CA (HCO₃)₂)

Dwodarowęglan sodu krystalizuje w układzie monoklinicznym i wodorowęglan wapnia w systemach trygonalnych (kalcytu) i ortorrombiec (aragonit).

Jeśli NA zostanie zastąpione⁺ dla CA²⁺, Sieć krystaliczna byłaby zdestabilizowana przez większą różnicę w rozmiarach; to znaczy na⁺ Dla bycia mniejszym, tworzy bardziej stabilne szkło z HCO₃^- w porównaniu do CA²⁺.

W rzeczywistości CA (HCO₃)₂(aq) potrzebuje wody do odparowania, aby jej jony mogły być pogrupowane w szklankę; Ale krystaliczna sieć tego nie jest wystarczająco silna, aby to zrobić w temperaturze pokojowej. Podczas ogrzewania wody występuje reakcja rozkładu (równanie z góry).

Bycie jonem na⁺ W roztworze tworzyłoby to szkło z HCO₃^- Przed rozkładem termicznym.

Powód, dla którego wodorowęglan wapnia nie krystalizuje (teoretycznie), wynika z różnicy radia jonowych lub rozmiarów ich jonów, które nie mogą utworzyć stabilnego kryształu przed ich rozkładem.

Wodorowęglan wapnia (CA (HCO₃)₂) vs. węglan wapnia (caco₃)

Jeśli z drugiej strony, h jest dodawane⁺ Do krystalicznych struktur węglanu wapnia, drastycznie zmieniliby swoje właściwości fizyczne. Być może ich punkty topnienia znacznie spadają, a nawet morfologie kryształów kończą się.

Fizyczne i chemiczne właściwości

Wzór chemiczny

CA (HCO₃)₂

Waga molekularna

162,11 g/mol

Stan fizyczny

Nie pojawia się w stanie stałym. Znajduje się w roztworze wodnym, a gdy ciepło jest stosowane do odparowania, staje się węglanem wapnia.

Rozpuszczalność wody

16,1 g/100 ml w 0º C; 16,6 g/100 ml w 20º C i 18,4 g/100 ml w 100º C.

Wartości te wskazują na duże powinowactwo cząsteczek wody przez jony wodorowęglanu wapnia, jak wyjaśniono w poprzednim rozdziale. Tymczasem zaledwie 15 mg węglanu wapnia rozpuszcza się w litrach wody, co odzwierciedla jego silne interakcje elektrostatyczne.

Ponieważ wodorowęglan wapnia nie może tworzyć substancji stałej, jego rozpuszczalności nie można określić eksperymentalnie.

Jednak biorąc pod uwagę warunki stworzone przez CO₂ Rozpuszczone w wodzie otaczającej wapień można obliczyć masę wapnia rozpuszczoną w temperaturze t; masa, która byłaby równa stężeniu wodorowęglanu wapnia.

Może ci służyć: kwas benzyny: synteza, transpozycja i zastosowania

W różnych temperaturach rozpuszczona masa wzrasta, jak pokazano w wartościach w 0, 20 i 100º C. Następnie, zgodnie z tymi eksperymentami, określa się, ile wodorowęglanu wapnia Rozpuszcza się w pobliżu węglanu wapnia, w wodnym podłożu zgazowanym₂.

Gdy CO ucieknie₂ Gasowy węglan wapnia wytrąci się, ale nie wodorowęglanem wapnia.

Punkty fuzji i wrzenia

Sieć kryształów CA (HCO₃)₂ Jest znacznie słabszy niż kako₃. Gdyby można go było uzyskać w stanie stałym i zmierzyć temperaturę, w której topi się w źródle, z pewnością uzyskanoby wartość znacznie poniżej 899º C. Podobnie, należy oczekiwać tego samego przy określaniu temperatury wrzenia.

Punkt spalania

To nie jest paliwo.

Ryzyko

Ponieważ ten związek nie istnieje solidnie, jest mało prawdopodobne, aby stanowiło ryzyko manipulowania jego wodnymi roztworami, ponieważ oba jony Ca²⁺ Jak HCO₃^- Nie są one szkodliwe dla niskich stężeń; I dlatego największe ryzyko, które byłoby spożywaniem takich rozwiązań, może wynikać tylko z niebezpiecznej dawki połknięcia wapnia.

Jeśli związek utworzył stałą, nawet być może fizycznie różną od kako₃, Jego toksyczne działanie nie mogły wykraczać poza prosty dyskomfort i resekcja po kontakcie fizycznym lub inhalacji.

Aplikacje

- Od dawna stosowano roztwory wodorowęglanowe wapnia do mycia starożytnych dokumentów, zwłaszcza dzieł sztuki lub historycznie ważne dokumenty.

- Roztwory wodorowęglanowe zastosowano w zapobieganiu osteoporozie. Jednak w jednym przypadku zaobserwowano działania niepożądane, takie jak hiperkalcemia, alkaloza metaboliczna i niewydolność nerek.

- Od czasu do czasu podaje się wodorowęglan wapnia do skorygowania depresyjnego wpływu hipokaliemii na funkcjonowanie serca.

- Służy do uspokojenia kwasowości żołądka.

Bibliografia

1. Wikipedia (2018). Wodorowęglan wapnia. Zaczerpnięte z: w.Wikipedia.org
2. Sirah Dubois (3 października 2017 r.). Co to jest wodorowęglan wapnia? Odzyskane z: Livestrong.com
3. Science Learning Hub (2018). Chemia węglanu. Odzyskane z: Scientelarn.org.NZ
4. Pubchem (2018). Wodorowęglan wapnia. Odzyskane z: Pubchem.NCBI.NLM.Nih.Gov