Kalcium-karbonát - biológia
825–899 ° C (bomlás) [2]
gyakorlatilag vízben oldhatatlan: 14 mg l −1 (20 ° C) [2]
6450 mg kg −1 (patkány, orális) [3]
Kálcium-karbonát (szaknyelv), Kálcium-karbonát vagy a német triviális néven karbonát mész, a kalcium, a szén és az oxigén elemének kémiai vegyülete, amelynek kémiai képlete CaCO3. Karbonátként szénsav kalcium-sója, szilárd állapotban 1: 1 arányú Ca 2+ -ionokat és CO 2 -ionokat tartalmazó ionrácsból áll.
Esemény
A kalcium-karbonát az egyik leggyakoribb vegyület a földön, különösen üledékes kőzetek formájában. A kalcium-karbonát főleg ásványi anyagok kalcit és aragonit formájában fordul elő. A CaCO3 másik módosítása az ásványi vaterit, amely mikroszkopikus kristályok formájában válik ki, különösen a túltelített oldatokból.
A kalcium-karbonát a márvány, a mészkő és a dolomit fő összetevője, a rákok, korallok, kagylók, csigák és egysejtű szervezetek exoskeletonjában fordul elő. Az első, bármilyen jelentős méretű mészkőzetet több mint kétmilliárd évvel ezelőtt sztromatolitok alkották.
A közhiedelemmel ellentétben a gerincesek csontjai és fogai nem kalcium-karbonátot tartalmaznak, hanem a kalciumtartalmú hidroxilapatitot (a csontokban) [4] és a fluorapatitot a fogakban.
jellemzők
Maga a kalcium-karbonát alig oldódik tiszta vízben. Oldott szén-dioxid jelenlétében azonban az oldhatóság több mint százszorosára növekszik. A mészkő időjárási viszonyai ezen a hatáson alapulnak, így a könnyen oldódó kalcium-hidrogén-karbonát Ca (HCO3) 2 képződik. Oldhatósága miatt a kalcium-hidrogén-karbonát a legtöbb természetes víz összetevője, a kőzettől különböző koncentrációban. A kalcium-karbonát koncentrációját a vízben Németországban "német keménységi fokként" adják meg (1 ° dH = 10 mg/liter CaO vagy 17,85 mg/liter CaCO3 vagy 0,18 mmol/l). Franciaországban a mértékegység a "francia keménységi fok", ahol 1 ° fH = 0,1 mmol/l Ca 2+ vagy Mg 2+ ion felel meg. Svájcban vagy a mmol/l közvetlen jelzését, vagy pedig a francia keménységet használják. A kalcium-karbonátot a levegő más savas alkotóelemei és a talajban végzett nitrifikáció is oldja. A kalcium-karbonát természetes előfordulásának nagy része ennek az oldódási folyamatnak a megfordulásának, a szén-dioxid eltávolításának köszönheti a hőmérséklet növelésével. Az egyes vízfolyásokban, például a törökországi Pamukkale-i mészkőteraszokon látható bonyolult mechanizmust a mész-szénsav egyensúly határozza meg.
Módosítások a természetben
A természetben a kalcium-karbonát különböző kémiai anyagokat képez, amelyek kémiailag azonosak, de bizonyos szempontból eltérnek egymástól.
finom, mikrokristályos üledékes kőzet, amely fotoszintetikus szénsav eltávolításával kicsapódó kalcit és kis fosszilis szervezetek, például kokkolitoforok kokolitjai és foraminifera héjai aragonites héjainak lerakódásából keletkezett. A kréta az európai krétaöv mentén számos helyen kerül elő, Nagy-Britanniától Franciaországig, az észak-németországi Rügen-szigetig, és helyenként bányászzák. A tavak fenekén vagy az iszapos tómedencékben található tengeri kréta szinte teljes egészében kicsapódott kalcitból áll. A technológiában alkalmazott táblakréta viszont főleg gipszből (kalcium-szulfát) készül.
szintén főleg élőlények alkotják, és szilárdabb, mint a kréta. A kalciumlerakódás közvetlenül vagy közvetetten az élőlények maradványaiból következik be, például csigákból, kagylókból, kőzetképző korallokból és szivacsokból, amelyek kalcium-karbonátot helyeznek el külső vagy belső csontvázak felépítéséhez. Közvetett módon képződik, hogy az élőlények, különösen a fototrófok, asszimilálják a CO2-t és így alkalizálják a környezetet, ami kalcium-karbonát kicsapódásához vezet. A karbonátkristályok mérete a kréta és a márvány között van. Nagy mészkő-lelőhelyek találhatók például a Sváb és a Frank-Albban, a Mészkő-Alpokban és a Nyugati-Alpokban, a Himalájában és sok más területen.
durván kristályos, metamorf kőzet, amely akkor alakul ki, amikor krétát, mészkövet vagy dolomitot átkristályosítanak magas hőmérséklet és/vagy nagy nyomás (1000 bar felett) hatására. Nagy márványlelőhelyek találhatók Észak-Amerikában és Európában, például Ausztriában (Gummern), Norvégiában (Molde) vagy az olasz Carrarában, a tiszta fehér szobor otthonában, ahonnan Michelangelo létrehozta szobrait.
Szintetikus kalcium-karbonát
A szintetikus kalcium-karbonátot ún PCC (Angol kicsapódott kalcium-karbonát "Kicsapódott kalcium-karbonát") - ellentétben a ÖET (angol. őrölt kalcium-karbonát "Őrölt kalcium-karbonát"). Kicsapják szén-dioxid bevitelével a mésztejbe (kalcium-hidroxid), és így kapják csapadékként:
A csapadék 20% körüli szilárdanyag-tartalommal történik. Különböző kristálymódosításokat (kristálymorfológiákat) lehet előállítani („növeszteni”) a folyamatszabályozással (hőmérséklet, koncentráció), előnyösen romboéderes vagy skalenohéderes kristályformával. Mivel nagyon tiszta kiindulási termékek használhatók, a PCC-k különösen fehérek, és az átlátszatlanság szempontjából is előnyökkel járnak. A nagy papírgyárak ma már „hálózatban” állítják elő a PCC-t azáltal, hogy visszaszerzik a szén-dioxidot, amely füstgázok formájában keletkezik az erőművekben történő égés során, a kalcium-hidroxidhoz kötve. Ez azonban nem járul hozzá a légkör szén-dioxid-koncentrációjának csökkentéséhez (éghajlatváltozás), mivel a korábban szükséges hidratált mész előállítása során természetes mészkövet kell elégetni, amely ismét CO2-t bocsát ki.
használat
A természetes kalcium-karbonátot (mészkő) nagy mennyiségben használják alapanyagként az építőanyagiparban, adalékként az acéliparban, ásványi műtrágyaként és ásványi töltőanyagként különböző ipari alkalmazásokban, például papír, festékek, lakkok, vakolatok, műanyagok és a szőnyegek hátlapjaként. Összesen évente több mint ötmilliárd tonna mészkövet bányásznak ki. A fő felhasználási terület a cement (kalcium-szilikát, kalcium-aluminát) és az égetett mész előállítása.
A világszerte értékesített mennyiséget tekintve a kalcium-karbonát a legfontosabb töltőanyag. [5] Noha a földkéreg több mint öt százaléka kalcium-karbonátos kőzetekből áll, a töltőanyagok kinyerésére csak néhány betét alkalmas, amelyeknek a lehető legkevesebbnek kell lenniük. A fehér kalcium-karbonátok legnagyobb ipari felhasználója a papíripar (világszerte) 10 millió tonna feletti mennyiséggel, ezt követi a műanyag- és építőanyag-ipar (vakolatok és festékek), összesen további 15 millió tonna évente. Papíripari felhasználásra, különösen bevonó színként, Európában különösen Franciaországban, Olaszországban, Németországban, Norvégiában és Ausztriában bányásznak lerakódásokat, az ásványi anyagot nedves őrléssel aprítják és hígtrágyaként értékesítik (néha tartálykocsival).
A kalcium-karbonátot táblakrétaként is alkalmazták, különösen Franciaországban ún Pezsgő kréta, amely krétakőzetből, kémiailag nagyon tiszta kalcium-karbonátból áll. A Németországban értékesített kréta körülbelül 55 százaléka gipszből (kalcium-szulfát) áll. [6]
A kalcium-karbonátot élelmiszer-adalékként és színezékként használják (E 170), és gyakran használják például zsemle sütésekor. Más alkalmazásokhoz a kalcium-karbonátot felaprítják és/vagy őrlik, és darabokban vagy lisztként értékesítik. Egyes alkalmazásokhoz a természetes kalcium-karbonátok nem optimálisak, ezért itt szintetikus kalcium-karbonátokat használnak.
A címkével Hidro-kalcit Szintetikus kalcium-karbonátot használnak a víztechnikában a víz "agresszív szénsavval" történő savtalanítására.
Építési anyag
A mész égése mész keletkezik. Ez hidratált mésszé válik (kalcium-hidroxid Ca (OH) 2, oltott mész) gyártják. A levegőben lévő szén-dioxiddal reagálva mész képződik és lezárja műszaki mészciklus. A hidratált mész és mész vakolatként vagy falbevonatként, például Tadelakt. Ennek a jelenségnek az első felfedezői a rómaiak voltak, akik nagy mértékben működtették a mészkemencéket.
A mész érzékeny a savakra. A levegőben található kén-oxidok kénsavat (H2SO4) képeznek vizes környezetben. Ez átalakítja a mészt kalcium-szulfáttá (CaSO4) vagy gipszé (CaSO4 • 2 H2O). A kalcium-szulfát vízben is kissé oldódik, kb. 2 g/l, de jobban oldódik, mint a kalcium-karbonát, ami lassan mossa ki a nedvességet.