Kalciumkarbonat : Kalciumkarbonat (CaCO3) är sammansatt av karbonatjoner (CO32-) och kalciumjoner (Ca2+). Denna vita substans har en molmassa på 100,1 g/mol.
Kalciumkarbonat är huvudföreningen i kalkstenar som krita, men också i marmor. Det är också huvudbeståndsdelen av skal d 'djur marina, koraller och sniglar, såväl som skal d 'ägg fostervatten, med undantag givetvis för de termiska däggdjuren (*) vars ägg, inre, är utan skal.
(*) Therians: underklass av utvecklade däggdjur som bär in sina ungar développement, lägg inte ägg, som koalor.
Kalciumkarbonat kristalliseras naturligt med två huvudsakliga kristallformer: aragonit och kalcit. De två andra kristallina formerna är mer sällsynta: vaterit och ett hexahydrat, en instabil mellanform som utvecklas mot kalcit. Det kan förekomma, i kristallisationsprocesser, som en kolloid som innehåller fina kristaller av mer stabila former.
Bikarbonatjonen HCO3–, även kallad vätekarbonat, är grunden för bildningen av kalciumkarbonat CaCO3 som är svårlösligt i vatten och är huvudbeståndsdelen i kalksten (mineralkalkstenen i obehandlat tillstånd pulver- är nej löslig, kalksten i pulverform (från 2 till 20 μm) är dåligt löslig):
– Ca2+ + 2 HCO3– → CaCO3 + H2CO3.
I ett surt medium omvandlas å andra sidan kalciumkarbonat till kalciumbikarbonat Ca(HCO3)2, mycket löslig i vatten. Denna omvandling sker i den naturliga miljön från koldioxid CO2 mer eller mindre löst ivatten H2O, beroende på partialtrycket av CO2 och temperaturen, som bildar kolsyra H2CO3. Under dessa förhållanden utsätts karbonaterna för den reversibla dubbla jämvikten:
– CO2 (gas) + H2O ⇋ H2CO3 (löslig)
– CaCO3 (olöslig) + H2CO3 (löslig) ⇋ Ca(HCO3)2 (löslig)
En närvaro av koldioxid i vatten resulterar därför i en upplösning av karbonaterna; men mängden löst karbonat beror på upplösningen av koldioxid och därför på dess jämvikt med atmosfären. Omvänt, en återgång av koldioxid (inducerad av förändringar i temperatur eller tryck, eller av närvaron av mikroalger) vänder reaktionen och får karbonaterna att fällas ut.
Det är därför formellt ett salt, med en svag bas (Ca(OH)2, pKa = 12,6) och en svag syra (H2CO3, pKa = 6,35), som kan reagera med starka syror och ge kalciumsalter, vatten och koldioxid, som är vid atmosfäriskt tryck och att temperatur omgivande, gasformig et flyktiga :
CaCO3 + 2HCl → CO2 + H2O + CaCl2;
CaCO3 + 2 RCOOH → CO2 + H2O + Ca(RCOO)2.
Från 800°C inträffar en starkt endoterm nedbrytningsreaktion:
CaCO3 → CaO + CO2.
CaO är bränd kalk, som är föremål för en mycket stor industri, den andra efter oljeraffinering i termer av kvantiteter och ton producerad CO2, det vill säga 800 kg växthusgas (GHG) för ett ton cement, vilket motsvarar 5 % av globala växthusgaser utsläpp. Det är för denna reaktion som kalciumkarbonat i vissa industrier bär namnet på kalkkarbonat, som var det gamla namnet innan kalcium isolerades.
Naturtillståndskemi: Kalciumkarbonat är mycket svagt lösligt i rent vatten (i storleksordningen 15 till 20 mg L-1 vid 25°C), men lösligt i vatten laddat med koldioxid, kol. Men lösligheten av gaser i vatten ökar med trycket och, till skillnad från de flesta fasta ämnen, minskar när temperatur öka. Detta förklarar vissa naturfenomen.
Till exempel kalciumkarbonatavlagringar som tandsten i pannor, tvättmaskiner, kaffemaskinerEt sur le förtjust av caféer, Av vattenkokare, ...
Den lägger sig också vid kranarnas utlopp, där trycket plötsligt sjunker.
Vissa källor, kallade förstenande, med vatten mycket rikt på koldioxid, innehåller en mycket stor mängd kalciumkarbonat. När de kommer ut i det fria förlorar de sin koldioxid och avsätter delvis det lösta karbonatet. Föremål som utsätts för verkan av dessa vatten under några dagar är inbäddade i ett lager av kalcit.
Ett liknande fenomen förklarar grottornas konkretion. Vattnet, laddat med koldioxid, löser upp kalkstenen från de bergarter det passerar genom och när det kommer i kontakt med hålrummens varmare luft avsätter det den transporterade kalciten. Detta ansamlas i stalaktiter på de ställen där vattnet lösgörs från taket eller i stalagmiter på de ställen där vattendropparna faller på marken.
Biokemin för skalutsöndring av blötdjur och skelettbildning hos djur är ännu inte helt klarlagd. Men det är troligt att innehållet av lösta gaser spelar en nyckelroll.
Och på Mars? : Kalciumkarbonat är, på planeten jorden, en stark markör för tidigare och nuvarande närvaro av liv. På Mars har automatiska enheter, i omloppsbana eller på ytan, försökt upptäcka dess närvaro i flera decennier. Utan framgång förrän den amerikanska sonden Phoenix Mars Lander, som enligt ett uttalande från den NASA från den 29 september 2008, skulle tack vare sina instrument TEGA och MECA, upptäckt i källaren, ha närvaron av kalciumkarbonat. Det återstår att vänta på resultaten av proverna som kommer att tas av den amerikanska rovern Perseverance som landade på Mars mark den 18 februari 2021.
Annan nomenklatur: In Belgien, på apoteket kallas kalciumkarbonat kalciumkarbonat.