Struktur, sifat, risiko dan penggunaan kalsium bikarbonat



The kalsium bikarbonat adalah garam tak organik dengan formula kimia Ca (HCO)3)2. Ia berasal dari kalsium karbonat yang terdapat dalam batu kapur dan mineral seperti kalsit.

Bikarbonat kalsium lebih larut dalam air daripada kalsium karbonat. Ciri ini telah membolehkan pembentukan sistem karst di batu kapur dan dalam penstrukturan gua.

Perairan bawah tanah yang melalui retakan menjadi tepu dalam pemindahan karbon dioksida (CO2). Air ini mengikis batuan batu kapur yang melepaskan kalsium karbonat (CaCO3) yang akan membentuk kalsium bikarbonat, mengikut tindak balas berikut:

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

Reaksi ini berlaku di gua di mana air sangat keras berasal. Bikarbonat kalsium tidak terdapat dalam keadaan pepejal tetapi dalam larutan akueus, bersama dengan Ca2+, bikarbonat (HCO)3-) dan ion karbonat (CO32-).

Selepas itu, apabila tepu karbon dioksida di dalam air berkurangan, reaksi sebaliknya berlaku, iaitu transformasi kalsium bikarbonat ke dalam kalsium karbonat:

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

Calcium carbonate tidak larut dalam air, ini menyebabkan hujannya menjadi padat. Reaksi di atas sangat penting dalam pembentukan stalaktit, stalagmit dan speleothem lain dalam gua.

Struktur berbatu ini terbentuk dari titisan air yang jatuh dari siling gua (gambar atas). The CaCO3 yang terdapat dalam titisan air dikristalisasi untuk membentuk struktur yang disebutkan.

Hakikat bahawa kalsium bikarbonat tidak terdapat dalam keadaan pepejal telah menjadikan penggunaannya sukar, dan beberapa contoh didapati. Juga, sukar untuk mencari maklumat mengenai kesan toksiknya. Terdapat laporan tentang kesan sampingan penggunaannya sebagai rawatan untuk mencegah osteoporosis.

Struktur

Dua anion HCO ditunjukkan di atas imej3- dan kation2+ berinteraksi dengan elektrostatik. The Ca2+ mengikut imej, ia sepatutnya terletak di tengah, kerana itulah cara HCO3- mereka tidak akan menolak satu sama lain kerana caj negatif mereka.

Caj negatif di HCO3- ia diasingkan di antara dua atom oksigen, oleh resonans antara kumpulan C = O karbonil dan ikatan C-O-; sementara di CO32-, Ini diselalogikan antara tiga atom oksigen, kerana ikatan C-OH dikurangkan dan oleh itu boleh menerima caj negatif oleh resonans.

Geometri ion-ion ini dapat dianggap sebagai sfera kalsium yang dikelilingi oleh segitiga datar karbonat dengan hujung hidrogenasi. Dari segi nisbah saiz, kalsium ternyata lebih kecil daripada ion HCO3-.

Penyelesaian berair

The Ca (HCO)3)2 Ia tidak boleh membentuk pepejal kristal, dan ia benar-benar terdiri daripada penyelesaian berair garam ini. Di dalamnya, ion tidak bersendirian, seperti dalam imej, tetapi dikelilingi oleh molekul H.2O.

Bagaimana mereka berinteraksi? Setiap ion dikelilingi oleh sfera penghidratan, yang bergantung kepada logam, polaritas dan struktur spesies yang dibubarkan.

The Ca2+ koordinat dengan atom oksigen air untuk membentuk aquocomplex, Ca (OH)2)n2+, di mana n biasanya dianggap sebagai enam; iaitu "octahedron berair" sekitar kalsium.

Walaupun anion HCO3- berinteraksi dengan sama ada bon hidrogen (OR2CO-H-OH2) atau dengan atom-atom hidrogen di dalam air ke arah delocalises caj negatif (HOCO)2- H-OH, interaksi dipole-ion).

Interaksi ini antara Ca2+, HCO3- dan air sangat cekap, sehingga mereka membuat kalsium bikarbonat sangat larut dalam pelarut itu; tidak seperti CaCO3, di mana tarikan elektrostatik antara Ca2+ dan CO32- sangat kuat, merangsang daripada larutan berair.

Selain air, terdapat molekul CO2 sekitar, yang bertindak perlahan untuk memberikan lebih banyak HCO3- (bergantung kepada nilai pH).

Pepejal hipotesis

Setakat ini, saiz dan caj ion di Ca (HCO)3)2, atau kehadiran air, jelaskan mengapa sebatian pepejal tidak wujud; iaitu kristal tulen yang boleh dicirikan oleh crystallography sinar-X. Ca (HCO)3)2 tidak lebih daripada ion yang ada di dalam air dari mana pembentukan gua terus berkembang.

Ya Ca2+ dan HCO3- mereka boleh diasingkan dari air yang mengelakkan tindak balas kimia berikut:

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

Kemudian ini boleh dikumpulkan dalam pepejal kristal putih dengan perkadaran stoichiometric 2: 1 (2HCO3/ 1Ca). Tiada kajian tentang strukturnya, tetapi ia boleh dibandingkan dengan NaHCO3 (untuk magnesium bikarbonat, Mg (HCO)3)2, tidak wujud sebagai pepejal), atau dengan CaCO3.

Kestabilan: NaHCO3 vs Ca (HCO)3)2

The NaHCO3 mengkristal dalam sistem monoklinik, dan CaCO3 dalam sistem trigonal (kalsit) dan ortorombik (aragonit). Jika Na diganti+ untuk Ca2+, rangkaian kristal akan menjadi tidak stabil oleh perbezaan saiz yang lebih besar; iaitu, Na+ kerana ia lebih kecil, ia membentuk kristal yang lebih stabil dengan HCO3- berbanding dengan Ca2+.

Malah, Ca (HCO)3)2(aq) memerlukan air untuk menguap supaya ionnya dapat dikumpulkan dalam kristal; tetapi kekisi kristal ini tidak cukup kuat untuk melakukannya pada suhu bilik. Apabila air dipanaskan, tindak balas penguraian berlaku (persamaan di atas).

Menjadi ion Na+ dalam penyelesaian, ini akan membentuk kristal dengan HCO3- sebelum penguraian terma.

Alasannya mengapa Ca (HCO)3)2 ia tidak menjernihkan (secara teoritis), oleh perbezaan ion radii atau saiz ion-ionnya, yang tidak dapat membentuk kristal stabil sebelum penguraiannya.

Ca (HCO)3)2 vs CaCO3

Jika sebaliknya, H telah ditambah+ kepada struktur kristal CaCO3, mereka secara drastik akan menukar sifat fizikal mereka. Mungkin, titik leburnya jatuh dengan ketara, dan walaupun, morfologi kristal akhirnya berubah.

Adakah ia patut mencuba sintesis Ca (HCO)3)2 padat? Kesukaran boleh melebihi jangkaan, dan garam dengan kestabilan struktural yang rendah tidak dapat memberikan manfaat tambahan yang penting dalam sebarang permohonan di mana garam-garam lain telah digunakan.

Sifat fizikal dan kimia

Formula kimia

Ca (HCO)3)2

Berat molekul

162.11 g / mol

Keadaan fizikal

Ia tidak muncul dalam keadaan pepejal. Ia didapati dalam larutan berair dan percubaan untuk menukarnya menjadi pepejal dengan penyejatan air, tidak berfungsi kerana ia ditukar kepada kalsium karbonat.

Kelarutan dalam air

16.1 g / 100 ml pada 0 ° C; 16.6 g / 100 ml pada 20 ° C dan 18.4 g / 100 ml pada 100 ° C. Nilai-nilai ini menunjukkan pertalian tinggi molekul air untuk Ca ions (HCO)3)2, seperti yang dijelaskan dalam bahagian sebelumnya. Sementara itu, hanya 15 mg CaCO3 mereka larut dalam satu liter air, yang mencerminkan interaksi elektrostatik mereka yang kuat.

Kerana Ca (HCO)3)2 ia tidak boleh membentuk pepejal, kelarutannya tidak boleh ditentukan secara eksperimen. Bagaimanapun, memandangkan keadaan yang dicipta oleh CO2 dibubarkan di dalam air yang mengelilingi batu kapur, jisim kalsium yang dibubarkan pada suhu T boleh dikira; jisim, yang akan sama dengan kepekatan Ca (HCO)3)2.

Pada suhu yang berbeza, peningkatan massa yang dilarutkan seperti yang ditunjukkan oleh nilai pada 0, 20 dan 100 ° C. Oleh itu, menurut eksperimen ini, berapa banyak Ca (HCO) ditentukan3)2 larut di sekitar CaCO3 dalam medium berair gasified dengan CO2. Apabila CO melarikan diri2 gas, CaCO itu3 akan mendakan, tetapi tidak Ca (HCO3)2.

Fusion dan titik didih

Rangkaian kristal Ca (HCO)3)2 jauh lebih lemah daripada CaCO3. Jika ia boleh diperolehi dalam keadaan pepejal, dan mengukur suhu di mana ia cair di dalam fusiometer, ia pasti akan mendapat nilai yang jauh di bawah 899ºC. Begitu juga, seperti yang dijangkakan dalam penentuan titik didih.

Titik pembakaran

Ia tidak mudah terbakar.

Risiko

Oleh kerana sebatian ini tidak wujud dalam bentuk pepejal, tidak mungkin ia akan mewakili risiko untuk memanipulasi penyelesaian berair, kerana kedua-dua Ca2+ sebagai HCO3- mereka tidak berbahaya pada kepekatan rendah; dan dengan itu, risiko paling besar yang akan menelan penyelesaian sedemikian, mungkin disebabkan oleh dos berbahaya kalsium.

Sekiranya sebatian itu membentuk pepejal, walaupun ia mungkin secara fizikal berbeza daripada CaCO3, kesan toksiknya mungkin tidak melampaui ketidakselesaan yang mudah dan reseksi selepas hubungan fizikal atau penyedutan.

Kegunaan

-Penyelesaian bicarbonat kalsium telah digunakan untuk masa yang lama untuk mencuci kertas lama, terutamanya karya seni atau dokumen penting sejarah.

-Penggunaan penyelesaian bikarbonat berguna, bukan sahaja kerana mereka meneutralkan asid di dalam kertas, tetapi juga menyediakan rizab alkali kalsium karbonat. Kompaun terakhir ini memberikan perlindungan untuk kerosakan masa depan di atas kertas.

-Seperti bikarbonat lain, ia digunakan dalam ragi kimia dan dalam formulasi tablet atau serbuk effervescent. Di samping itu, kalsium bikarbonat digunakan sebagai bahan tambahan makanan (larutan garam garam ini).

-Penyelesaian bikarbonat telah digunakan dalam pencegahan osteoporosis. Walau bagaimanapun, kesan sekunder seperti hiperkalsemia, alkalosis metabolik dan kegagalan buah pinggang telah diperhatikan dalam satu kes..

-Bikarbonat kalsium diberikan, kadang-kadang, secara intravena untuk membetulkan kesan kemurungan hypokalemia pada fungsi jantung.

-Dan akhirnya, ia memberikan kalsium kepada badan, yang merupakan pengantara kontraksi otot, pada masa yang sama ia membetulkan asidosis yang boleh berlaku dalam keadaan hipokalemia..

Rujukan

  1. Wikipedia. (2018). Bikarbonat kalsium. Diambil dari: en.wikipedia.org
  2. Sirah Dubois. (3 Oktober 2017). Apakah Calcium Bicarbonate? Diperolehi daripada: livestrong.com
  3. Hub Pembelajaran Sains. (2018). Karbonat kimia. Diperolehi daripada: sciencelearn.org.nz
  4. PubChem. (2018). Kalsium bikarbonat. Diperolehi daripada: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  5. Amy E. Gerbracht & Irene Brückle. (1997). Penggunaan Penggunaan Calcium Bicarbonate dan Magnesium Bicarbonate dalam Bengkel Pemuliharaan Kecil: Keputusan Ukur. Diperolehi daripada: cool.conservation-us.org