SZCZAWIAN WAPNIA (CAC2O4): WŁAŚCIWOŚCI, STRUKTURA, ZASTOSOWANIA, ZAGROŻENIA - CHEMIA - 2026

Szczawian wapnia jest związek organiczny, składa się z pierwiastków węgla (C), tlenu (O) i wapnia (Ca). Jego wzór chemiczny to CaC ₂ O ₄ . Na ogół występuje w trzech uwodnionych formach: mono-, di- i trihydrat. Oznacza to, że odpowiednio jedna, dwie lub trzy cząsteczki wody mają strukturę krystaliczną.

Szczawian wapnia znajduje się w minerałach, roślinach, grzybach i innych żywych organizmach, takich jak ssaki, a nawet u ludzi, w wyniku metabolizmu niektórych białek. Można go znaleźć w moczu ludzi i niektórych zwierząt.

Kryształy szczawianu wapnia CaC ₂ O ₄ w próbce moczu obserwowane pod mikroskopem. J3D3 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Źródło: Wikimedia Commons.

Niektóre pokarmy, takie jak szpinak, rabarbar, soja i czekolada, zawierają dużo szczawianów, a kiedy je jedzą wrażliwi ludzie, w ich nerkach mogą tworzyć się kamienie szczawianu wapnia.

Możesz uniknąć pojawienia się kamieni CaC ₂ O ₄ w nerkach, spożywając dużo płynów, zwłaszcza wody, unikając pokarmów bogatych w szczawiany i spożywając te bogate w wapń i magnez.

Szczawian wapnia tworzy niepożądaną zgorzelinę w rurach i zbiornikach w procesach takich jak produkcja masy celulozowej i papieru, a także w browarach.

Struktura

Szczawian wapnia jest tworzony przez jon wapnia Ca ²⁺ i jon szczawianowy C ₂ O ₄ ^2- . Anion szczawianowy składa się z dwóch atomów węgla i czterech atomów tlenu. Ujemne ładunki anionu szczawianowego znajdują się na atomach tlenu.

Struktura chemiczna szczawianu wapnia. VSimonian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5). Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

• Szczawian wapnia
• Sól wapniowa kwasu szczawiowego
• Sól wapniowa kwasu etanodiowego

Nieruchomości

Stan fizyczny

Bezbarwne, białe, żółte lub brązowe krystaliczne ciało stałe, które może występować w trzech różnych uwodnionych formach.

Waga molekularna

128,1 g / mol

Temperatura topnienia

Monohydrat szczawianu wapnia rozkłada się w temperaturze 200 ° C.

Dokładna waga

Monohydrat CaC ₂ O _{4 •} H ₂ O = 2,22 g / cm ³

Dwuwodzian CaC ₂ O _{4 •} 2H ₂ O = 1,94 g / cm ³

Trihydrat CaC ₂ O _{4 •} 3H ₂ O = 1,87 g / cm ³

Rozpuszczalność

Prawie nierozpuszczalny w wodzie: 0,00061 g / 100 g wody o temperaturze 20 ° C. Monohydrat rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie.

pH

Wodne roztwory szczawianu wapnia są słabo zasadowe.

Właściwości chemiczne

Szczawian wapnia to sól wapniowa kwasu szczawiowego. Jest to naturalny produkt uboczny metabolizmu, dlatego występuje w organizmie bardzo dużo i jest częścią wielu pokarmów.

Kwas szczawiowy i jego sprzężona zasada, szczawian, to silnie utlenione związki organiczne o silnym działaniu chelatującym, to znaczy mogą łatwo łączyć się z jonami dodatnimi o ładunkach +2 lub +3.

Ich wodne roztwory są słabo zasadowe, ponieważ jon szczawianowy ma tendencję do pobierania protonów H ⁺ z wody, co uwalnia jony OH ^- . Po pobraniu dwóch protonów H ⁺ jon szczawianowy staje się kwasem szczawiowym H ₂ C ₂ O ₄ :

C ₂ O ₄ ^2- + H ₂ O → HC ₂ O ₄ ^- + OH ^-

HC ₂ O ₄ ^- + H ₂ O → H ₂ C ₂ O ₄ + OH ^-

Obecność w przyrodzie

W minerałach

Szczawian wapnia jest najpowszechniejszym szczawianem i występuje w postaci minerałów, takich jak satelita, weddelit i kaoksyt.

Whewelit jest monohydratem CaC ₂ O _{4 •} H ₂ O i jest najbardziej stabilną formą tego związku.

Skała mineralna Whewellit. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Źródło: Wikimedia Commons.

Weddelit jest dwuwodzianem CaC ₂ O _{4 •} 2H ₂ O i jest mniej stabilny niż monohydrat.

Kryształy mineralne Weddelitu. Leon Hupperichs / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Źródło: Wikimedia Commons.

Caoxite to trójwodzian szczawianu wapnia CaC ₂ O _{4 •} 3H ₂ O.

W roślinach i grzybach

Szczawian wapnia występuje w suchych glebach i liściach, także z grzybami chorobotwórczymi, wolnymi, w symbiozie lub związanymi z roślinami. W tym ostatnim kryształy powstają w wyniku wytrącenia wapnia w postaci szczawianu.

Powstawanie CaC ₂ O ₄ przez grzyby ma istotny wpływ na procesy biologiczne i geochemiczne gleb, stanowiąc rezerwę wapnia dla ekosystemu.

Obecność w organizmie człowieka i ssakach

Szczawian pochodzi z wątroby, czerwonych krwinek lub erytrocytów oraz w mniejszym stopniu z nerek. Powstaje w wyniku metabolizmu aminokwasów (takich jak fenyloalanina i tryptofan) oraz w wyniku utleniania dialdehydu glioksalowego.

Również witamina C może zostać przekształcona w szczawian, gdy spełnia swoją funkcję przeciwutleniającą.

Szczawian wapnia znajduje się w kamieniach tworzących się w nerkach ludzi lub zwierząt z chorobą nerek.

Tak zwane kamienie lub kamienie szczawianu wapnia powstają w wyniku krystalizacji lub agregacji CaC ₂ O ₄ w moczu przesyconym wapniem i szczawianem. Oznacza to, że mocz zawiera tak dużo wapnia i szczawianów, że nie jest możliwe, aby ten związek pozostał w stanie rozpuszczonym, ale raczej wytrącił się lub stał się stały w postaci kryształów.

W ludziach

Tworzenie się piasku lub kamieni w nerkach to choroba zwana kamicą nerkową; atakuje około 10% populacji, a około 75% tych kamieni składa się ze szczawianu wapnia CaC ₂ O ₄ .

Szczawian wapnia może tworzyć kamienie nerkowe. Autor: VSRao. Źródło: Pixabay.

Tworzenie się i wzrost kryształów szczawianu wapnia w nerkach występuje, ponieważ u niektórych osób mocz jest przesycony tą solą. Szczawian wapnia powstaje w kwaśnym moczu przy pH poniżej 6,0.

Przesycenie występuje, gdy wydalanie lub eliminacja tej soli (która jest bardzo słabo rozpuszczalna w wodzie) z moczem następuje w niewielkiej ilości wody.

Czynniki wpływające na wygląd kamieni w nerkach

Do czynników sprzyjających powstawaniu ziaren szczawianu wapnia należy nadmiar wapnia w moczu lub hiperkalciuria, nadmiar szczawianu w moczu lub hiperoksaluria, składniki pochodzące z diety oraz brak inhibitorów.

Nadmiar szczawianu może wystąpić, gdy spożywa się między innymi duże ilości szpinaku, rabarbaru, soi, orzechów i czekolady.

Czekolada może być źródłem szczawianu wapnia i sprzyjać powstawaniu kamieni w nerkach. Autor: Alexander Stein. Źródło: Pixabay.

Istnieją jednak substancje, które hamują lub zapobiegają powstawaniu kamieni. Wśród związków, które zapobiegają tworzeniu się kamieni, są małe cząsteczki, takie jak cytrynian i pirofosforan, oraz duże cząsteczki, takie jak glikoproteiny i proteoglikany.

Sposoby uniknięcia tworzenia się kamieni szczawianu wapnia

Dobra strategia zapobiegania nawrotom kamieni żwirowych lub szczawianu wapnia obejmuje zwiększenie spożycia płynów, zwiększenie spożycia pokarmów bogatych w wapń (takich jak nabiał) oraz ograniczenie soli kuchennej (NaCl), białka zwierzęcego i pokarmy bogate w szczawian.

U zwierząt

Od początku 2000 roku obserwuje się wzrost liczby kamieni szczawianu wapnia w układzie moczowym kotów i psów. Wydaje się, że zależy to od rodzaju diety, jaką jedzą te zwierzęta i ma związek z kwasowością moczu i niedoborem magnezu (Mg).

Kamienie szczawianu wapnia znalezione w pęcherzu moczowym psa. Joel Mills / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/). Źródło: Wikimedia Commons.

Reakcja organizmu na nadmiar szczawianu

Istnieją dowody na to, że zarówno ludzie, jak i zwierzęta reagują na nadmiar szczawianu zwiększając liczbę bakterii, które mogą rozkładać szczawian.

Niektóre z tych bakterii to Oxalobacter formigenes, Bifidobacterium sp. , Porphyromonas gingivalis i Bacillus sp. między innymi i są naturalnie obecne w jelicie.

Aplikacje

Według konsultowanych źródeł szczawian wapnia jest stosowany do powlekania ceramiki.

Stosowano go do pokrywania rzeźb z wapienia i innych elementów artystycznych. Stwierdzono, że poprawia twardość materiału, zmniejsza jego porowatość i zwiększa odporność na kwasy i zasady.

Włochy eksperymentowały z powlekaniem muzealnych obiektów wapiennych szczawianem wapnia w celu ich konserwacji. Autor: Źródło: Moni Quayle. Pixabay.

Problemy w niektórych procesach

W przemyśle celulozowo-papierniczym szczawian wapnia może tworzyć kamień, który powoduje wiele problemów w procesie.

Aby zapobiec jego tworzeniu się w przewodach lub rurach procesów przemysłowych, zaproponowano enzymatyczną degradację kwasu szczawiowego za pomocą enzymów, takich jak oksydaza szczawianowa.

Ma również tendencję do gromadzenia się jak kamień w pojemnikach, w których wytwarzane jest piwo, skąd należy je eliminować, aby uniknąć tworzenia się mikroorganizmów, które mogą nadawać napojowi nieprzyjemny smak.

Ryzyka

W wysokich stężeniach szczawian może powodować śmierć zwierząt i czasami ludzi, głównie z powodu jego korozyjnego działania.

Nagromadzenie szczawianu i jego sprzężonego kwasu, kwasu szczawiowego, może powodować zaburzenia, takie jak niewydolność serca, kamienie szczawianu wapnia, niewydolność nerek, a nawet śmierć z powodu toksyczności.

Bibliografia

1. Glasauer, SM i in. (2013). Metale i metaloidy, przemiana przez mikroorganizmy. Szczawiany. W module referencyjnym w systemach Ziemi i naukach o środowisku. Odzyskany z sciencedirect.com.
2. Baumann, JM i Casella, R. (2019). Zapobieganie kamicy nerkowej wapnia: wpływ diurezy na krystalizację szczawianu wapnia w moczu. Adv Prev Med, 2019; 2019: 3234867. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
3. Breshears, MA and Confer, AW (2017). Układ moczowy. Calculi - szczawian wapnia. In Pathologic Basis of Veterinary Disease (wydanie szóste). Odzyskany z sciencedirect.com.
4. Huang, Y. er al. (2019). Tge Postępowanie ze szczawianem w tge Ciało i pochodzenie szczawianu w kamieniach szczawianu wapnia. Urol Int, 5 grudnia 2019: 1-10. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
5. Nilvebrant, N.-O. et al. (2002). Biotechnologia w przemyśle celulozowo-papierniczym. W toku w biotechnologii. Odzyskany z sciencedirect.com.
6. Pahira, JJ i Pevzner, M. (2007). Kamica nerkowa. Kamienie wapniowe. W Penn Clinical Manual of Urology. Odzyskany z sciencedirect.com.
7. Worcester, EM (1994). Inhibitory wzrostu kryształów szczawianu wapnia w moczu. J Am Soc Nephrol, listopad 1994; 5 (5 Suplement 1): S46-53). Odzyskany z jasn.asnjournals.org.
8. Finkielstein, VA i Goldfarb, DS (2006). Strategie zapobiegania kamieniom szczawianu wapnia. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
9. Narodowa Biblioteka Medyczna Stanów Zjednoczonych. (2019). Szczawian wapnia. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
10. Peck, AB i in. (2015). Mikroorganizmy rozkładające szczawian lub enzymy rozkładające szczawian: jaka jest przyszła terapia enzymatycznego rozpuszczania kamieni szczawianu wapnia w nawracającej kamicy? Kamica moczowa, luty 2016; 44 (1): 27-32. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
11. Holames, RP i in. (2016). Zmniejszenie wydalania szczawianu z moczem w celu zmniejszenia choroby kamicy szczawianu wapnia. Kamica moczowa. 2016 luty; 44 ust. 1; 27-32. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
12. Cezar, TM (1998). Szczawian wapnia: obróbka powierzchniowa wapienia. Journal of Conservation and Museum Studies 4, s. 6–10. Odzyskany z jcms-journal.com.
13. Wikimedia (2019). Szczawian wapnia. Odzyskany z en.wikipedia.org.