Калциум карбонат — хемиско соединение со хемиска формула . Тоа е вообичаена супстанца која се наоѓа во карпите како минерал на калцит и арагонит (најзабележителен како варовник, кој е вид на седиментни карпи кои се состојат главно од калцит) и е главната компонента на лушпите од јајцата, лушпите од гастроподи, скелетите од школки и бисерите. Работите што содржат многу калциум карбонат или слични на него се опишани како варовнички. Калциум карбонатот е активна состојка во земјоделската вар и се создава кога јоните на калциум во тврда вода реагираат со карбонатните јони и создаваат бигор. Има медицинска употреба како додаток на калциум или како антацид, но прекумерното консумирање може да биде опасно и да предизвика хиперкалцемија и дигестивни проблеми .
Хемија Калциум карбонатот ги дели типичните својства на другите карбонати. Особено
реагира со киселини, ослободувајќи јаглерод диоксид (технички гледано, јаглеродна киселина, но кој брзо се распаѓа до и ):
CaCO_3(s) {+} 2H^{+}(aq) -> Ca^{2+}(aq) + CO2(g) + H_2O(l)
ослободува јаглерод диоксид при загревање, наречена реакција на топлинско разложување или калцинирање (над 840 °C во случај на ), за да се формира калциум оксид, CaO, обично наречена жива вар, со реакциона енталпија 178 kJ/mol:
CaCO3(s)->[\Delta]CaO(s){+}CO2\uparrow
Калциум карбонат реагира со вода која е заситена со јаглерод диоксид за да формира растворлив калциум бикарбонат.
CaCO3(s){+}CO2(g){+}H2O(l)-> Ca(HCO3)2(aq)
Оваа реакција е важна при ерозијата на карбонатните карпи, формирајќи пештери и води до тврда вода во многу региони.
Невообичаена форма на калциум карбонат е хексахидрат икаит,
Подготовка Огромното мнозинство на калциум карбонат што се користи во индустријата се екстрахира со рударство или вадење камен. Чистиот калциум карбонат (како за храна или фармацевтска употреба), може да се произведе од чист извор на камен (обично мермер).
Алтернативно, калциум карбонат се подготвува од калциум оксид. Водата се додава за да се добие калциум хидроксид, потоа јаглерод диоксидот се пренесува низ овој раствор за да се таложи саканиот калциум карбонат, кој во индустријата се нарекува таложен калциум карбонат (PCC) Овој процес се нарекува карбонација:
CaO{+}H2O->Ca(OH)2 Ca(OH)2{+}CO2->CaCO3{+}H_2O
Во лабораторија, калциум карбонатот лесно може да се кристализира од калциум хлорид (CaCl2), со ставање на воден раствор од CaCl2 во сукатор заедно со амониум карбонат (NH4)2CO3. Во сушачот, амониум карбонат е изложен на воздух и се распаѓа на амонијак, јаглерод диоксид и вода. Јаглеродниот диоксид потоа дифузира во воден раствор на калциум хлорид, реагира со јоните на калциум и водата и формира калциум карбонат.
Структура Термодинамички стабилната форма на во нормални услови е шестаголен β- (минерал калцит). Може да се подготват и други форми, колку што е погусто (2.83 g/cm3) орторомбична λ- (минералот арагонит) и шестаголен μ-, кој се јавува како минерал ватерит. Формата на арагонит може да се подготви со врнежи на температури над 85 степени °C; формата на ватерит може да се подготви со врнежи на 60 °C. Калцитот содржи атоми на калциум координирани од шест атоми на кислород; во арагонитот тие се координирани со девет атоми на кислород. Структурата на ватерит не е целосно разбрана. Магнезиум карбонат () има калцитна структура, додека стронциум карбонат () и бариум карбонат () ја прифаќаат структурата на арагонит, рефлектирајќи ги нивните поголеми јонски радиуси.
Полиморфи Калциум карбонатот се кристализира во три безводни полиморфи, од кои калцитот е термодинамички најстабилен на собна температура, арагонитот е само малку помалку, а ватеритот е најмалку стабилен.
Кристална структура Кристалната структура на калцитот е тригонална, со вселенска група (бр. 167 во меѓународните табели за кристалографија), и симболот на Пирсон . Арагонитот е орторомбен, со вселенска група (бр. 62) и симболот на Пирсон . Ватеритот е составен од најмалку две различни коегзистирачки кристалографски структури. Главната структура покажува шестаголна симетрија во вселенската група , малата структура сè уште не е позната.
Кристализација мини|234x234пкс| Кристална структура на калцит и арагонит Сите три полиморфи се кристализираат истовремено од водени раствори во амбиентални услови. Во водените раствори без адитиви, калцитот лесно се формира како главен производ, додека арагонитот се појавува само како помал производ.
При висока заситеност, ватеритот е типично првата фаза која се таложи, што е проследено со трансформација на ватеритот во калцит. Се чини дека ова однесување го следи правилото на Оствалд, во кое најнестабилниот полиморф се кристализира прво, проследено со кристализација на различни полиморфи преку низа од сè постабилни фази. Сепак, арагонитот, чија стабилност лежи помеѓу оние на ватеритот и калцитот, се чини дека е исклучок од ова правило, бидејќи арагонитот не се формира како претходник на калцитот во амбиентални услови. мини|Микроскопски калцит и ватерит Арагонитот најчесто се јавува кога реакционите услови го инхибираат формирањето на калцит и/или промовираат нуклеација на арагонитот. На пример, формирањето на арагонит се промовира со присуство на јони на магнезиум, или со користење на белковини и пептиди добиени од биолошки калциум карбонат. Се покажало дека некои полиамини како кадаверин и поли(етилен имин) го олеснуваат формирањето на арагонит над калцитот.
Избор по организми Организмите, како што се мекотелите и членконогите, покажале способност да ги одгледуваат сите три кристални полиморфи на калциум карбонат, главно како заштита (школки) и прицврстување на мускулите. Покрај тоа, тие покажуваат извонредна способност за избор на фаза над калцитот и арагонитот, а некои организми можат да се префрлаат помеѓу двата полиморфи. Способноста за избор на фаза обично се припишува на употребата на специфични макромолекули или комбинации на макромолекули од такви организми.
Појава мини|Калцитот е најстабилниот полиморф на калциум карбонат. Тој е транспарентен до непроѕирен.
Геолошки извори Калцит, арагонит и ватерит се чисти минерали на калциум карбонат. Индустриски важните извори на карпи кои се претежно калциум карбонат вклучуваат варовник, креда, мермер и травертин.
Биолошки извори мини|Калциум карбонат парчиња од школка Лушпите од јајцата, лушпите од полжави и повеќето морски школки се претежно калциум карбонат и може да се користат како индустриски извори на таа хемикалија. Школките од остриги неодамна уживале препознатливост како извор на калциум во исхраната, но се и практичен индустриски извор. Темнозелените зеленчуци како брокулата и кељ содржат диететски значителни количини на калциум карбонат, но тие не се практични како индустриски извор.
Вонземски извори Надвор од Земјата, силни докази укажуваат на присуство на калциум карбонат на Марс. Знаци на калциум карбонат се откриени на повеќе од една локација (особено кај кратерите Гусев и Хајгенс). Ова дава некои докази за минатото присуство на течна вода.
Геологија лево|мини| Површински врнежи на како туфа во Рубакса, Етиопија Карбонатот често се наоѓа во геолошките услови и претставува огромен јаглероден резервоар. Калциум карбонатот се јавува како арагонит, калцит и доломит како значајни состојки на калциумовиот циклус. Карбонатните минерали ги формираат карпите: варовник, креда, мермер, травертин, туфа и други. мини|Туфа во Хуанглонг, Сечуан Во топлите, бистри тропски води, коралите се пообилни отколку кон половите каде водите се студени. Придонесувачите на калциум карбонат, вклучително и планктони (како што се коколити и планктични фораминифери), коралите алги, сунѓери, брахиоподи, ехинодерми, брјозои и мекотели, обично се наоѓаат во плитки водни средини каде што сончевата светлина и храната што може да се филтрира се пообилни. Карбонатите од студената вода постојат на повисоки географски широчини, но имаат многу бавна стапка на раст. Процесите на калцификација се менуваат со закиселување на океаните.
Онаму каде што океанската кора е спуштена под континентална плоча, седиментите ќе се носат до потоплите зони во астеносферата и литосферата. Во овие услови, калциум карбонатот се распаѓа и произведува јаглерод диоксид кој, заедно со другите гасови, предизвикува експлозивни вулкански ерупции.
Длабочина на компензација на карбонат Длабочината на компензација на карбонат (CCD) е точката во океанот каде што стапката на таложење на калциум карбонат е избалансирана со стапката на растворање поради присутните услови. Длабоко во океанот, температурата паѓа и притисокот се зголемува. Калциум карбонатот е невообичаен по тоа што неговата растворливост се зголемува со намалувањето на температурата. Зголемувањето на притисокот ја зголемува и растворливоста на калциум карбонатот. Длабочината на компензација на карбонат може да се движи од 4.000 до 6.000 метри под нивото на морето.
Улога во тафономијата Калциум карбонатот може да ги зачува фосилите преку перминерализација. Поголемиот дел од фосилите на ’рбетниците од Формацијата „Две Медицини“ — геолошка формација позната по јајцата од диносаурус — се зачувани од . зачувува високи нивоа на детали, дури и до микроскопско ниво. Сепак, исто така, ги остава примероците ранливи на атмосферски влијанија кога се изложени на површината.
Некогаш се сметало дека популациите на трилобити го сочинувале најголемиот дел од водниот живот за време на Камбриум, поради фактот што нивните лушпи богати со калциум карбонат биле полесно зачувани од оние на другите видови, кои имале чисто хитинозни школки.
Употреба
Градба Главната употреба на калциум карбонат е во градежната индустрија, или како градежен материјал, или варовнички агрегат за изградба на патишта, како состојка на цемент или како почетен материјал за подготовка на градежни вар со горење во печка. Меѓутоа, поради атмосферските влијанија главно предизвикани од кисели дождови, калциум карбонатот (во форма на варовник) повеќе не се користи за градежни цели сам по себе, туку само како сурова примарна супстанција за градежни материјали.
Калциум карбонатот се користи и за прочистување на железо од железна руда во висока печка. Карбонатот се калцинира in situ за да се добие калциум оксид, кој формира згура со присутни различни нечистотии и се одвојува од прочистеното железо.
Во нафтената индустрија, калциум карбонатот се додава во течностите за дупчење како средство за премостување на формирање и за запечатување на колачи; тоа е исто така тежински материјал кој ја зголемува густината на течностите за дупчење за да го контролира притисокот во дупката. Калциум карбонат се додава во базените, како коректор на pH за одржување на алкалноста и неутрализирање на киселинските својства на средството за дезинфекција.
Се користи и како суровина за рафинирање на шеќер од шеќерна репка; се калцинира во печка со антрацит за да произведе калциум оксид и јаглерод диоксид. Оваа изгорена вар потоа се гаси во свежа вода за да се произведе суспензија на калциум хидроксид за таложење на нечистотии во суровиот сок за време на карбонатирањето.
Калциум карбонатот во форма на креда традиционално е главна компонента на кредата која се користи за на табла. Сепак, современата произведена креда е претежно гипс, хидриран калциум сулфат Калциум карбонатот е главен извор за одгледување биорок. Преципитираниот калциум карбонат (PCC), претходно дисперзиран во форма на кашеста маса, е вообичаен материјал за полнење за латекс ракавици со цел да се постигне максимална заштеда во материјалните и производствените трошоци.