- Struktura
- Wodne roztwory
- Hipotetyczna bryła
- Stabilność: NaHCO
- Ca (HCO
- Fizyczne i chemiczne właściwości
- Wzór chemiczny
- Waga molekularna
- Stan fizyczny
- Rozpuszczalność w wodzie
- Temperatura topnienia i wrzenia
- Punkt ognia
- Ryzyka
- Aplikacje
- Bibliografia
Wodorowęglan wapnia jest solą nieorganiczną z chemiczny wzór Ca (HCO 3 ) 2 . Pochodzi z natury z węglanu wapnia występującego w kamieniach wapiennych i minerałach, takich jak kalcyt.
Wodorowęglan wapnia jest lepiej rozpuszczalny w wodzie niż węglan wapnia. Ta cecha pozwoliła na tworzenie się systemów krasowych w skałach wapiennych oraz w strukturze jaskiń.
Źródło: Pixabay
Woda gruntowa, która przechodzi przez szczeliny, zostaje nasycona w wyniku wypierania dwutlenku węgla (CO 2 ). Wody te powodują erozję skał wapiennych, uwalniając węglan wapnia (CaCO 3 ), który utworzy wodorowęglan wapnia, zgodnie z następującą reakcją:
CaCO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O (l) => Ca (HCO 3 ) 2 (aq)
Ta reakcja zachodzi w jaskiniach, w których powstają bardzo twarde wody. Wodorowęglan wapnia nie jest w stanie stałym, ale w roztworze wodnym razem z Ca 2+ , wodorowęglanem (HCO 3 - ) i jonem węglanowym (CO 3 2- ).
Następnie, zmniejszając nasycenie dwutlenku węgla w wodzie, następuje reakcja odwrotna, czyli przemiana wodorowęglanu wapnia w węglan wapnia:
Ca (HCO 3 ) 2 (aq) => CO 2 (g) + H 2 O (l) + CaCO 3 (s)
Węglan wapnia jest słabo rozpuszczalny w wodzie, co powoduje, że jego wytrącanie występuje w postaci ciała stałego. Powyższa reakcja jest bardzo ważna przy tworzeniu się w jaskiniach stalaktytów, stalagmitów i innych nacieków.
Te skaliste struktury powstają z kropli wody spadających z sufitu jaskiń (górne zdjęcie). CaCO 3 obecny w kropelkach wody krystalizuje, tworząc wspomniane struktury.
Fakt, że wodorowęglan wapnia nie występuje w stanie stałym, utrudnił jego użycie, a znaleziono kilka przykładów. Podobnie trudno jest znaleźć informacje na temat jego toksycznych skutków. Istnieje doniesienie o szeregu skutków ubocznych jego stosowania jako leku zapobiegającego osteoporozie.
Struktura
Źródło: Epop, z Wikimedia Commons
Na powyższym obrazku pokazano dwa aniony HCO 3 - i kation Ca 2+ oddziałujące elektrostatycznie. Zgodnie z obrazem, Ca 2+ powinien znajdować się pośrodku, ponieważ w ten sposób HCO 3 - nie odpychałby się ze względu na ich ładunki ujemne.
Ujemny ładunek w HCO 3 - jest zdelokalizowany między dwoma atomami tlenu, poprzez rezonans między grupą karbonylową C = O i wiązaniem C - O - ; podczas gdy w CO 3 2– jest zdelokalizowany między trzema atomami tlenu, ponieważ wiązanie C - OH jest deprotonowane i dlatego może otrzymać ujemny ładunek przez rezonans.
Geometrie tych jonów można uznać za kulki wapnia otoczone płaskimi trójkątami węglanów z uwodornionym końcem. Pod względem wielkości wapń jest znacznie mniejszy niż jony HCO 3 - .
Wodne roztwory
Ca (HCO 3 ) 2 nie może tworzyć krystalicznych ciał stałych, a właściwie składa się z wodnych roztworów tej soli. W nich jony nie są same, jak na obrazku, ale otoczone cząsteczkami H 2 O.
Jak wchodzą w interakcje? Każdy jon otoczony jest kulą hydratacyjną, która będzie zależała od metalu, polarności i struktury rozpuszczonych form.
Ca 2+ koordynuje się z atomami tlenu w wodzie, tworząc wodny kompleks Ca (OH 2 ) n 2+ , gdzie n jest ogólnie uważane za sześć; to znaczy „wodny ośmiościan” wokół wapnia.
Podczas gdy aniony HCO 3 - oddziałują albo z wiązaniami wodorowymi (O 2 CO - H-OH 2 ), albo z atomami wodoru wody w kierunku delokalizacji ładunku ujemnego (HOCO 2 - H - OH, oddziaływanie dipolowe- jon).
Te interakcje między Ca 2+ , HCO 3 - i wodą są tak wydajne, że powodują, że wodorowęglan wapnia jest bardzo dobrze rozpuszczalny w tym rozpuszczalniku; w przeciwieństwie do CaCO 3 , w którym przyciąganie elektrostatyczne między Ca 2+ i CO 3 2– jest bardzo silne, wytrącając się z roztworu wodnego.
Oprócz wody wokół znajdują się cząsteczki CO 2 , które reagują powoli, dostarczając więcej HCO 3 - (w zależności od wartości pH).
Hipotetyczna bryła
Jak dotąd rozmiary i ładunki jonów w Ca (HCO 3 ) 2 ani obecność wody wyjaśniają, dlaczego ten stały związek nie istnieje; to znaczy czyste kryształy, które można scharakteryzować za pomocą krystalografii rentgenowskiej. Ca (HCO 3 ) 2 to nic innego jak jony obecne w wodzie, z której nadal powstają formacje jamiste.
Jeśli Ca 2+ i HCO 3 - można by wyizolować z wody unikając następującej reakcji chemicznej:
Ca (HCO 3 ) 2 (aq) → CaCO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O (l)
Następnie można je pogrupować w białą krystaliczną substancję stałą o stosunkach stechiometrycznych 2: 1 (2HCO 3 / 1Ca). Nie ma badań nad jego strukturą, ale można by go porównać ze strukturą NaHCO 3 (ponieważ wodorowęglan magnezu, Mg (HCO 3 ) 2 , również nie występuje w postaci ciała stałego) lub z CaCO 3 .
Stabilność: NaHCO
NaHCO 3 krystalizuje w układzie jednoskośnym, a CaCO 3 w układzie trygonalnym (kalcyt) i rombowym (aragonit). Gdyby Na + został zastąpiony przez Ca 2+ , sieć krystaliczna zostałaby zdestabilizowana przez większą różnicę rozmiarów; Innymi słowy, Na +, ponieważ jest on mniejszy, stanowi bardziej stabilny kryształ HCO 3 - w stosunku do Ca 2+ .
W rzeczywistości Ca (HCO 3 ) 2 (aq) potrzebuje wody do odparowania, aby jego jony mogły grupować się w kryształ; ale jego sieć krystaliczna nie jest wystarczająco mocna, aby to zrobić w temperaturze pokojowej. Podczas podgrzewania wody następuje reakcja rozkładu (równanie powyżej).
Z jonem Na + w roztworze utworzyłby kryształ z HCO 3 - przed jego termicznym rozkładem.
Powodem, dla którego Ca (HCO 3 ) 2 nie krystalizuje (teoretycznie), jest zatem różnica w promieniach jonowych lub rozmiarach jonów, które nie mogą tworzyć stabilnego kryształu przed rozkładem.
Ca (HCO
Jeśli, z drugiej strony, do struktur krystalicznych CaCO 3 dodano H + , ich właściwości fizyczne uległyby drastycznej zmianie. Być może ich temperatura topnienia znacznie spada, a nawet morfologia kryształów zostaje zmodyfikowana.
Czy warto byłoby spróbować syntezy stałego Ca (HCO 3 ) 2 ? Trudności mogą przekroczyć oczekiwania, a sól o niskiej trwałości strukturalnej może nie zapewnić znaczących dodatkowych korzyści w żadnym zastosowaniu, w którym inne sole są już używane.
Fizyczne i chemiczne właściwości
Wzór chemiczny
Ca (HCO 3 ) 2
Waga molekularna
162,11 g / mol
Stan fizyczny
Nie pojawia się w stanie stałym. Występuje w roztworze wodnym i próby przekształcenia go w substancję stałą przez odparowanie wody nie powiodły się, ponieważ przekształca się w węglan wapnia.
Rozpuszczalność w wodzie
16,1 g / 100 ml w 0 ° C; 16,6 g / 100 ml w 20 ° C i 18,4 g / 100 ml w 100 ° C. Wartości te wskazują na wysokie powinowactwo cząsteczek wody do jonów Ca (HCO 3 ) 2 , jak wyjaśniono w poprzedniej sekcji. Tymczasem zaledwie 15 mg CaCO 3 rozpuszcza się w litrze wody, co odzwierciedla jego silne oddziaływania elektrostatyczne.
Ponieważ Ca (HCO 3 ) 2 nie może tworzyć ciała stałego, jego rozpuszczalności nie można określić doświadczalnie. Jednak biorąc pod uwagę warunki stworzone przez CO 2 rozpuszczony w wodzie otaczającej wapień, można było obliczyć masę wapnia rozpuszczonego w temperaturze T; masa, która byłaby równa stężeniu Ca (HCO 3 ) 2 .
W różnych temperaturach rozpuszczona masa rośnie, jak pokazują wartości w 0, 20 i 100 ° C. Następnie, zgodnie z tymi eksperymentami, określa się, jaka część Ca (HCO 3 ) 2 rozpuszcza się w pobliżu CaCO 3 w środowisku wodnym zgazowanym CO 2 . Gdy ulatni się gazowy CO 2 , wytrąci się CaCO 3 , ale nie Ca (HCO 3 ) 2 .
Temperatura topnienia i wrzenia
Sieć krystaliczna Ca (HCO 3 ) 2 jest znacznie słabsza niż sieć CaCO 3 . Jeśli można go otrzymać w stanie stałym, a temperaturę, w której topi się mierzy się za pomocą fuzjometru, z pewnością uzyskano by wartość znacznie poniżej 899ºC. Podobnie, tego samego można by oczekiwać przy określaniu temperatury wrzenia.
Punkt ognia
Nie jest palny.
Ryzyka
Ponieważ związek ten nie występuje w postaci stałej, jest mało prawdopodobne, aby stwarzał zagrożenie dla jego roztworów wodnych, ponieważ zarówno jony Ca 2+, jak i HCO 3 - nie są szkodliwe w niskich stężeniach; a zatem większe ryzyko, jakie byłoby połknięcie tych roztworów, mogłoby być spowodowane jedynie spożyciem niebezpiecznej dawki wapnia.
Gdyby związek miał utworzyć ciało stałe, nawet jeśli fizycznie różni się od CaCO 3 , jego toksyczne działanie nie może wykraczać poza zwykły dyskomfort i wysuszenie po kontakcie fizycznym lub inhalacji.
Aplikacje
-Roztwory wodorowęglanu wapnia są od dawna używane do zmywania starego papieru, zwłaszcza dzieł sztuki lub dokumentów o znaczeniu historycznym.
-Użycie roztworów wodorowęglanu jest przydatne nie tylko dlatego, że neutralizują kwasy w papierze, ale także zapewniają alkaliczną rezerwę węglanu wapnia. Ten ostatni związek zapewnia ochronę przed przyszłym uszkodzeniem papieru.
-Podobnie jak inne wodorowęglany, jest stosowany w drożdżach chemicznych oraz w musujących tabletkach lub proszkach. Ponadto wodorowęglan wapnia jest stosowany jako dodatek do żywności (wodne roztwory tej soli).
-Roztwory biwęglanu są stosowane w profilaktyce osteoporozy. Jednak w jednym przypadku zaobserwowano skutki uboczne, takie jak hiperkalcemia, zasadowica metaboliczna i niewydolność nerek.
-Wapnian wodorowęglanu jest czasami podawany dożylnie w celu skorygowania depresyjnego wpływu hipokaliemii na czynność serca.
- I wreszcie dostarcza organizmowi wapnia, który jest mediatorem skurczu mięśni, jednocześnie korygując kwasicę, która może wystąpić w stanie hipokaliemii.
Bibliografia
- Wikipedia. (2018). Wodorowęglan wapnia. Zaczerpnięte z: en.wikipedia.org
- Sirah Dubois. (03 października 2017). Co to jest wodorowęglan wapnia? Odzyskany z: livestrong.com
- Science Learning Hub. (2018). Chemia węglanów. Odzyskany z: sciencelearn.org.nz
- PubChem. (2018). Wodorowęglan wapnia. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Amy E. Gerbracht i Irene Brückle. (1997). Zastosowanie roztworów wodorowęglanu wapnia i wodorowęglanu magnezu w małych warsztatach konserwatorskich: wyniki ankiety. Odzyskany z: cool.conservation-us.org