Canxi bicarbonate cấu trúc, tính chất, rủi ro và sử dụng

các canxi bicarbonate là muối vô cơ có công thức hóa học Ca (HCO)₃)₂. Nó có nguồn gốc trong tự nhiên từ canxi cacbonat có trong đá vôi và khoáng chất như canxit.

Canxi bicarbonate hòa tan trong nước hơn canxi cacbonat. Đặc điểm này đã cho phép hình thành các hệ thống karst trong đá vôi và trong cấu trúc của các hang động.

Các vùng nước ngầm đi qua các vết nứt trở nên bão hòa trong sự dịch chuyển carbon dioxide của chúng (CO₂). Những vùng nước này ăn mòn đá vôi giải phóng canxi cacbonat (CaCO₃) sẽ tạo thành canxi bicarbonate, theo phản ứng sau:

CaCO₃(s) + CO₂(g) + H₂O (l) => Ca (HCO)₃)₂(aq)

Phản ứng này xảy ra trong các hang động nơi nước rất cứng bắt nguồn. Canxi bicarbonate không được tìm thấy ở trạng thái rắn mà trong dung dịch nước, cùng với Ca²⁺, bicarbonate (HCO)₃^-) và ion cacbonat (CO₃^2-).

Sau đó, khi độ bão hòa của carbon dioxide trong nước giảm, phản ứng ngược lại diễn ra, nghĩa là sự biến đổi của canxi bicarbonate thành canxi cacbonat:

Ca (HCO)₃)₂(aq) => CO₂ (g) + H₂O (l) + CaCO₃ (s)

Canxi cacbonat hòa tan kém trong nước, điều này gây ra sự kết tủa của nó xảy ra dưới dạng chất rắn. Phản ứng trên rất quan trọng trong việc hình thành nhũ đá, măng đá và các xương sống khác trong hang động.

Những cấu trúc đá này được hình thành từ những giọt nước rơi xuống từ trần hang động (ảnh trên cùng). CaCO₃ hiện diện trong những giọt nước được kết tinh để tạo thành các cấu trúc được đề cập.

Việc canxi bicarbonate không được tìm thấy ở trạng thái rắn đã khiến việc sử dụng nó trở nên khó khăn và một vài ví dụ được tìm thấy. Ngoài ra, rất khó để tìm thấy thông tin về tác dụng độc hại của nó. Có một báo cáo về một loạt các tác dụng phụ của việc sử dụng nó như là một điều trị để ngăn ngừa loãng xương.

Cấu trúc

Hai anion HCO được hiển thị trong hình trên₃^- và một cation Ca²⁺ tương tác tĩnh điện. Ca²⁺ Theo hình ảnh, nó nên được đặt ở giữa, vì đó là cách HCOs₃^- họ sẽ không đẩy nhau vì những cáo buộc tiêu cực.

Điện tích âm trong HCO₃^- nó được định vị giữa hai nguyên tử oxy, bằng sự cộng hưởng giữa nhóm carbonyl C = O và liên kết C - O^-; trong khi ở CO₃^2-, Điều này được tối ưu hóa giữa ba nguyên tử oxy, vì liên kết C - OH bị mất liên kết và do đó có thể nhận được điện tích âm bằng cộng hưởng.

Hình học của các ion này có thể được coi là những quả cầu canxi được bao quanh bởi các tam giác cacbonat phẳng có đầu bị hydro hóa. Về tỷ lệ kích thước, canxi nhỏ hơn đáng kể so với các ion HCO₃^-.

Dung dịch nước

Ca (HCO)₃)₂ Nó không thể tạo thành chất rắn kết tinh, và nó thực sự bao gồm các dung dịch nước của muối này. Trong đó, các ion không đơn độc, như trong ảnh, mà được bao quanh bởi các phân tử H.₂Ôi.

Làm thế nào để họ tương tác? Mỗi ion được bao quanh bởi một quả cầu hydrat hóa, nó sẽ phụ thuộc vào kim loại, sự phân cực và cấu trúc của các loài hòa tan.

Ca²⁺ phối hợp với các nguyên tử oxy của nước để tạo thành một aquocomplex, Ca (OH)₂)_n²⁺, trong đó n thường được coi là sáu; đó là, một "bát diện nước" xung quanh canxi.

Trong khi anion HCO₃^- tương tác với các liên kết hydro (HOẶC₂CO-H-OH₂) hoặc với các nguyên tử hydro trong nước theo hướng phân định điện tích âm (HOCO)₂^- H-OH, tương tác lưỡng cực-ion).

Những tương tác giữa Ca²⁺, HCO₃^- và nước rất hiệu quả, đến nỗi chúng làm cho canxi bicarbonate rất hòa tan trong dung môi đó; không giống như CaCO₃, trong đó các điểm hấp dẫn tĩnh điện giữa Ca²⁺ và CO₃^2- rất mạnh, kết tủa từ dung dịch nước.

Ngoài nước, còn có các phân tử CO₂ xung quanh, phản ứng chậm để cung cấp thêm HCO₃^- (tùy thuộc vào giá trị pH).

Giả thuyết vững chắc

Cho đến nay, kích thước và điện tích của các ion trong Ca (HCO)₃)₂, cũng không có sự hiện diện của nước, giải thích tại sao hợp chất rắn không tồn tại; đó là, các tinh thể tinh khiết có thể được đặc trưng bởi tinh thể học tia X. Ca (HCO)₃)₂ không gì khác hơn là các ion có trong nước từ đó các thành tạo hang tiếp tục phát triển.

Có Ca²⁺ và HCO₃^- chúng có thể được phân lập từ nước tránh các phản ứng hóa học sau:

Ca (HCO)₃)₂(aq) → CaCO₃(s) + CO₂(g) + H₂Ô (l)

Sau đó, chúng có thể được nhóm lại trong một chất rắn tinh thể màu trắng với tỷ lệ cân bằng hóa học 2: 1 (2HCO₃/ 1Ca). Không có nghiên cứu về cấu trúc của nó, nhưng nó có thể được so sánh với NaHCO₃ (đối với magiê bicarbonate, Mg (HCO)₃)₂, không tồn tại dưới dạng rắn) hoặc với CaCO₃.

Ổn định: NaHCO₃ vs Ca (HCO)₃)₂

NaHCO₃ kết tinh trong hệ thống đơn hình và CaCO₃ trong các hệ thống lượng giác (calcite) và orthorhombic (aragonite). Nếu Na được thay thế⁺ cho Ca²⁺, mạng lưới tinh thể sẽ bị mất ổn định bởi sự khác biệt lớn hơn về kích thước; đó là Na⁺ bởi vì nó nhỏ hơn, nó tạo thành một tinh thể ổn định hơn với HCO₃^- so với Ca²⁺.

Trong thực tế, Ca (HCO)₃)₂(aq) cần nước bay hơi để các ion của nó có thể được nhóm lại trong một tinh thể; nhưng mạng tinh thể của cái này không đủ mạnh để làm điều đó ở nhiệt độ phòng. Khi nước được làm nóng, phản ứng phân hủy xảy ra (phương trình trên).

Là ion Na⁺ trong giải pháp, điều này sẽ tạo thành tinh thể với HCO₃^- trước khi phân hủy nhiệt.

Lý do tại sao Ca (HCO)₃)₂ nó không kết tinh (về mặt lý thuyết), đó là do sự khác biệt của bán kính ion hoặc kích thước của các ion của nó, không thể tạo thành tinh thể ổn định trước khi phân hủy.

Ca (HCO)₃)₂ đấu với CaCO₃

Mặt khác, H đã được thêm vào⁺ cấu trúc tinh thể của CaCO₃, họ sẽ thay đổi mạnh mẽ tính chất vật lý của họ. Có lẽ, các điểm nóng chảy của nó giảm xuống rõ rệt, và thậm chí, hình thái của các tinh thể cuối cùng đã được sửa đổi.

Có đáng để thử tổng hợp Ca (HCO) không₃)₂ rắn? Khó khăn có thể vượt quá mong đợi và một loại muối có độ ổn định cấu trúc thấp có thể không mang lại lợi ích bổ sung đáng kể trong bất kỳ ứng dụng nào mà các muối khác đã được sử dụng.

Tính chất hóa lý

Công thức hóa học

Ca (HCO)₃)₂

Trọng lượng phân tử

162,11 g / mol

Trạng thái vật lý

Nó không xuất hiện ở trạng thái rắn. Nó được tìm thấy trong dung dịch nước và cố gắng chuyển đổi nó thành chất rắn bằng cách bay hơi nước, không hoạt động vì nó được chuyển đổi thành canxi cacbonat.

Độ hòa tan trong nước

16,1 g / 100 ml ở 0 ° C; 16,6 g / 100 ml ở 20 ° C và 18,4 g / 100 ml ở 100 ° C. Những giá trị này cho thấy ái lực cao của các phân tử nước đối với các ion Ca (HCO)₃)₂, như đã giải thích trong phần trước. Trong khi đó, chỉ có 15 mg CaCO₃ chúng hòa tan trong một lít nước, phản ánh sự tương tác tĩnh điện mạnh mẽ của chúng.

Vì Ca (HCO)₃)₂ nó không thể tạo thành chất rắn, độ hòa tan của nó không thể được xác định bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, với các điều kiện được tạo ra bởi CO₂ hòa tan trong nước xung quanh đá vôi, có thể tính được khối lượng canxi hòa tan ở nhiệt độ T; khối lượng, sẽ bằng với nồng độ Ca (HCO)₃)₂.

Ở các nhiệt độ khác nhau, khối lượng hòa tan tăng lên như được hiển thị bởi các giá trị ở 0, 20 và 100 ° C. Vì vậy, theo các thí nghiệm này, bao nhiêu Ca (HCO) được xác định₃)₂ tan trong vùng lân cận của CaCO₃ trong môi trường nước được khí hóa bằng CO₂. Khi CO thoát ra₂ khí, CaCO₃ sẽ kết tủa, nhưng không phải là Ca (HCO₃)₂.

Điểm sôi và điểm sôi

Mạng tinh thể của Ca (HCO)₃)₂ yếu hơn CaCO rất nhiều₃. Nếu nó có thể thu được ở trạng thái rắn và đo nhiệt độ mà nó nóng chảy bên trong máy đo nhiệt độ, nó chắc chắn sẽ nhận được giá trị tốt dưới 899ºC. Tương tự như vậy, điều tương tự có thể được dự kiến ​​trong việc xác định điểm sôi.

Điểm cháy

Nó không dễ cháy.

Rủi ro

Vì hợp chất này không tồn tại ở dạng rắn, không có khả năng nó sẽ gây ra rủi ro khi thao túng các dung dịch nước của nó, vì cả Ca²⁺ như HCO₃^- chúng không có hại ở nồng độ thấp; và do đó, nguy cơ lớn nhất khi ăn phải các giải pháp như vậy, có thể chỉ do một liều canxi nguy hiểm ăn vào.

Nếu hợp chất tạo thành chất rắn, mặc dù nó có thể khác với vật lý CaCO₃, tác dụng độc hại của nó có thể không vượt quá sự khó chịu và cắt bỏ đơn giản sau khi tiếp xúc hoặc hít phải.

Công dụng

-Các giải pháp bicarbonate canxi đã được sử dụng trong một thời gian dài để rửa các giấy tờ cũ, đặc biệt là các tác phẩm nghệ thuật hoặc các tài liệu quan trọng trong lịch sử.

-Việc sử dụng các giải pháp bicarbonate là hữu ích, không chỉ bởi vì chúng trung hòa các axit trong giấy, mà còn cung cấp một dự trữ kiềm của canxi cacbonat. Hợp chất cuối cùng này cung cấp bảo vệ cho thiệt hại trong tương lai trên giấy.

-Giống như các bicacbonat khác, nó được sử dụng trong các loại men hóa học và trong các công thức của viên sủi hoặc bột. Ngoài ra, canxi bicarbonate được sử dụng làm phụ gia thực phẩm (dung dịch nước của muối này).

-Các giải pháp bicarbonate đã được sử dụng trong phòng ngừa loãng xương. Tuy nhiên, tác dụng thứ phát như tăng calci máu, nhiễm kiềm chuyển hóa và suy thận đã được quan sát thấy trong một trường hợp..

-Canxi bicarbonate được sử dụng, thỉnh thoảng, tiêm tĩnh mạch để điều chỉnh hiệu quả trầm cảm của hạ kali máu đối với chức năng tim.

-Và cuối cùng, nó cung cấp canxi cho cơ thể, là chất trung gian của sự co cơ, đồng thời nó điều chỉnh tình trạng nhiễm toan có thể xảy ra trong tình trạng hạ kali máu..

Tài liệu tham khảo

1. Wikipedia. (2018). Canxi bicarbonate. Lấy từ: en.wikipedia.org
2. Sirah Dubois. (Ngày 3 tháng 10 năm 2017). Canxi bicarbonate là gì? Lấy từ: livestrong.com
3. Trung tâm học tập khoa học. (2018). Hóa học cacbonat. Lấy từ: sciencelearn.org.nz
4. PubChem. (2018). Canxi bicarbonate. Lấy từ: pubool.ncbi.nlm.nih.gov
5. Amy E. Gerbracht & Irene Brückle. (1997). Việc sử dụng các giải pháp bicarbonate canxi và magiê trong các xưởng bảo tồn nhỏ: Kết quả khảo sát. Lấy từ: cool.conservation-us.org