Struktura, lastnosti, tveganja in uporaba kalcijevega bikarbonata



The kalcijev bikarbonat je anorganska sol s kemijsko formulo Ca (HCO)3)2. V naravi izvira iz kalcijevega karbonata v apnenčastih kamninah in mineralih, kot je kalcit.

Kalcijev bikarbonat je bolj topen v vodi kot kalcijev karbonat. Ta značilnost je omogočila nastanek kraških sistemov v apnenčastih kamninah in strukturiranje jam.

Podzemeljske vode, ki prehajajo skozi razpoke, se zasičijo z izpodrivanjem ogljikovega dioksida (CO2). Te vode razjedajo apnenčaste kamnine, ki sproščajo kalcijev karbonat (CaCO3), ki bo tvoril kalcijev bikarbonat v skladu z naslednjo reakcijo:

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

Ta reakcija poteka v jamah, kjer izvira zelo trda voda. Kalcijev bikarbonat ni v trdnem stanju, ampak v vodni raztopini, skupaj s Ca2+, bikarbonat (HCO)3-) in karbonatnega iona (CO32-).

Potem, ko se zmanjša nasičenost ogljikovega dioksida v vodi, pride do povratne reakcije, to je preoblikovanja kalcijevega bikarbonata v kalcijev karbonat:

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

Kalcijev karbonat je slabo topen v vodi, zaradi česar se njegove padavine pojavijo kot trdna snov. Zgoraj omenjena reakcija je zelo pomembna pri oblikovanju stalaktitov, stalagmitov in drugih jamarskih jam.

Te skalnate strukture tvorijo kapljice vode, ki padejo s stropa jam (zgornja slika). CaCO3 v kapljicah vode kristalizira, da se tvorijo omenjene strukture.

Dejstvo, da kalcijev bikarbonat ni v trdnem stanju, je otežilo njegovo uporabo in ugotovili le nekaj primerov. Prav tako je težko najti informacije o njegovih toksičnih učinkih. Obstaja poročilo o nizu stranskih učinkov njegove uporabe kot zdravljenja za preprečevanje osteoporoze.

Struktura

Na zgornji sliki sta prikazana dva HCO aniona3- in Ca-kation2+ elektrostatično. Ca2+ glede na sliko, naj se nahaja na sredini, ker je tako HCOs3- ne bi se odbijali zaradi negativnih stroškov.

Negativna dajatev v HCO3- delokalizira se med dvema atomoma kisika, z resonanco med C = O karbonilno skupino in C-O vezjo-; v CO32-, To je delokalizirano med tremi atomi kisika, ker je C-OH vez deprotonirana in lahko tako dobi resonančni negativni naboj..

Geometrije teh ionov lahko obravnavamo kot krogle kalcija, obdane z ravnimi trikotniki karbonatov s hidrogeniranim koncem. Glede na velikostno razmerje je kalcij opazno manjši od HCO ionov3-.

Vodne raztopine

Ca (HCO)3)2 Ne more tvoriti kristaliničnih trdnih snovi in ​​je resnično sestavljen iz vodnih raztopin te soli. V njih joni niso sami, kot na sliki, ampak obdani z molekulami H.2O.

Kako sodelujejo? Vsak ion obdaja krogla hidracije, ki je odvisna od kovine, polarnosti in strukture raztopljenih vrst.

Ca2+ koordinira s kisikovimi atomi vode in tvori vodni kompleks, Ca (OH)2)n2+, kjer se na splošno šteje, da je n šest; "vodni oktaedron" okoli kalcija.

Medtem ko HCO anioni3- interakcijo z vodikovimi vezmi (OR)2CO-H-OH2) ali z atomi vodika v vodi v smeri delokalizacije negativnega naboja (HOCO)2- Interakcija H-OH, dipol-ion).

Te interakcije med Ca2+, HCO3- in je voda tako učinkovita, da naredijo kalcijev bikarbonat zelo topen v tem topilu; za razliko od CaCO3, v kateri so elektrostatične atrakcije med Ca2+ in CO32- so zelo močne in se obarjajo iz vodne raztopine.

Poleg vode obstajajo tudi molekule CO2 okrog, ki se počasi odzivajo, da bi zagotovili več HCO3- (odvisno od pH vrednosti).

Hipotetična trdna snov

Do sedaj, velikosti in naboji ionov v Ca (HCO)3)2, niti prisotnosti vode, pojasnite, zakaj trdna spojina ne obstaja; to so čisti kristali, ki jih lahko označimo s kristalografijo z rentgenskimi žarki.3)2 ni nič več kot ioni, ki so prisotni v vodi, iz katere kavernozne formacije še naprej rastejo.

Da Ca2+ in HCO3- lahko se izolirajo iz vode in se izognejo naslednji kemični reakciji:

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

Nato jih lahko združimo v belo kristalinično trdno snov s stehiometričnimi razmerji 2: 1 (2HCO3/ 1Ca). Študij o njeni strukturi ni, vendar bi ga lahko primerjali z NaHCO3 (za magnezijev bikarbonat, Mg (HCO))3)2, ne obstaja kot trdna) ali s CaCO3.

Stabilnost: NaHCO3 vs Ca (HCO)3)2

NaHCO3 kristalizira v monoklinskem sistemu in CaCO3 v trigonskih (kalcitnih) in ortoromskih (aragonitnih) sistemih. Če je bila Na zamenjana+ za Ca2+, zaradi večje razlike v velikostih bi bila kristalna mreža destabilizirana; to je Na+ ker je manjši, ustvari stabilnejši kristal z HCO3- v primerjavi s Ca2+.

Dejansko je Ca (HCO)3)2(aq) potrebuje vodo, da izhlapi, tako da se njeni ioni lahko združijo v kristal; toda kristalna rešetka tega ni dovolj močna, da bi to naredila pri sobni temperaturi. Ko se voda segreje, pride do reakcije razgradnje (zgornja enačba)..

Biti Na ion+ v raztopini bi to tvorilo kristal z HCO3- pred toplotno razgradnjo.

Razlog zakaj torej Ca (HCO)3)2 ne kristalizira (teoretično), ampak je razlika ionskih polmerov ali velikosti njenih ionov, ki pred razgradnjo ne morejo tvoriti stabilnega kristala..

Ca (HCO)3)2 vs CaCO3

Če je po drugi strani dodan H+ na kristalne strukture CaCO3, drastično bi spremenili svoje fizikalne lastnosti. Mogoče so njene talilne točke opazno padle in celo morfologije kristalov se spreminjajo.

Ali bi bilo vredno poskusiti sintezo Ca (HCO)3)2 trdna? Težave lahko presežejo pričakovanja, sol z nizko strukturno stabilnostjo pa ne more zagotoviti pomembnih dodatnih koristi pri uporabi, kjer se že uporabljajo druge soli.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Kemijska formula

Ca (HCO)3)2

Molekularna teža

162,11 g / mol

Fizično stanje

Ne pojavlja se v trdnem stanju. Najdemo ga v vodni raztopini in poskušamo pretvoriti v trdno snov z izhlapevanjem vode, ne deluje, ker se pretvori v kalcijev karbonat.

Topnost v vodi

16,1 g / 100 ml pri 0 ° C; 16,6 g / 100 ml pri 20 ° C in 18,4 g / 100 ml pri 100 ° C. Te vrednosti kažejo na visoko afiniteto vodnih molekul za Ca ione (HCO).3)2, kot je razloženo v prejšnjem razdelku. Medtem, samo 15 mg CaCO3 raztopijo se v litru vode, kar odraža njihove močne elektrostatične interakcije.

Ker je Ca (HCO)3)2 ne more tvoriti trdne snovi, njene topnosti ni mogoče določiti eksperimentalno. Vendar pa je glede na pogoje, ki jih je ustvaril CO2 raztopimo v vodi okoli apnenca, izračunamo maso kalcija, raztopljenega pri temperaturi T; masa, ki bi bila enaka koncentraciji Ca (HCO)3)2.

Pri različnih temperaturah se raztopljena masa poveča, kot kažejo vrednosti pri 0, 20 in 100 ° C. Torej, v skladu s temi poskusi, koliko Ca (HCO) je določena3)2 raztopi v bližini CaCO3 v vodnem mediju, ki je uplinjen s CO2. Ko CO pobegne2 plinasto, CaCO3 se bo oboril, ne pa Ca (HCO3)2.

Fuzijsko in vrelišče

Kristalna mreža Ca (HCO) \ t3)2 je precej šibkejši od CaCO3. Če ga lahko dobimo v trdnem stanju in izmerimo temperaturo, v kateri se topi v fuziometru, bi zagotovo dobila vrednost pod 899 ° C. Enako bi lahko pričakovali pri določanju vrelišča.

Točka zgorevanja

Ni gorljiv.

Tveganja

Ker ta spojina ne obstaja v trdni obliki, ni verjetno, da bi predstavljala tveganje za manipulacijo njenih vodnih raztopin, saj sta obe2+ kot HCO3- pri nizkih koncentracijah niso škodljivi; in zato je lahko največje tveganje, ki bi ga zaužili takšne rešitve, posledica le nevarnega odmerka zaužitja kalcija.

Če je spojina tvorila trdno snov, čeprav je lahko fizično drugačna od CaCO3, njegovi toksični učinki ne smejo preseči preprostega nelagodja in resekcij po fizičnem stiku ali vdihavanju.

Uporabe

-Raztopine kalcijevega bikarbonata se že dolgo uporabljajo za pranje starih papirjev, zlasti umetniških del ali zgodovinsko pomembnih dokumentov.

-Uporaba bikarbonatnih raztopin je koristna ne samo zato, ker nevtralizirajo kisline v papirju, temveč tudi zagotavljajo alkalno rezervo kalcijevega karbonata. Ta zadnja spojina zagotavlja zaščito za prihodnje poškodbe na papirju.

-Kot drugi bikarbonati se uporablja v kemičnih kvasih in v formulacijah šumečih tablet ali praškov. Poleg tega se kalcijev bikarbonat uporablja kot aditiv za živila (vodne raztopine te soli)..

-Raztopine bikarbonata so bile uporabljene pri preprečevanju osteoporoze. V enem primeru so opazili sekundarne učinke, kot so hiperkalciemija, presnovna alkaloza in odpoved ledvic..

-Kalcijev bikarbonat se občasno daje intravensko, da se popravi depresivni učinek hipokalemije na srčno funkcijo..

-In nazadnje, zagotavlja kalcij v telo, ki je posrednik mišične kontrakcije, obenem pa popravi acidozo, ki se lahko pojavi v hipokalemiji..

Reference

  1. Wikipedija. (2018). Kalcijev bikarbonat. Vzeto iz: en.wikipedia.org
  2. Sirah Dubois. (3. oktober 2017). Kaj je kalcijev bikarbonat? Vzpostavljeno iz: livestrong.com
  3. Znanstveno središče za učenje. (2018). Kemija karbonatov. Vzpostavljeno iz: sciencelearn.org.nz
  4. PubChem. (2018). Kalcijev bikarbonat. Vzpostavljeno iz: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  5. Amy E. Gerbracht in Irene Brückle. (1997). Uporaba raztopin kalcijevega bikarbonata in magnezijevega bikarbonata v manjših ohranjevalnih delavnicah: rezultati raziskave. Vzpostavljeno iz: cool.conservation-us.org