Carbonato de cálcio: estrutura, propriedades, formação, usos - Ciência - 2023

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o carbonato de cálcio é um composto inorgânico cuja fórmula química é CaCO₃. É encontrada principalmente em minerais como calcita e aragonita. Também compõe o calcário, rocha sedimentar na qual está presente o mineral calcita.

Este importante carbonato metálico é obtido industrialmente por meio da extração e moagem dos minerais que o contêm; o mármore é usado principalmente para esse fim. Outro processo consiste no uso de óxido de cálcio, que é convertido em hidróxido de cálcio, precipitando carbonato de cálcio a partir da adição de dióxido de carbono. Desta forma, são obtidos cristais de uma ampla variedade de tamanhos.

Eles também podem ser usados para a produção industrial de CaCO₃, em pequena escala, cascas de amêijoas, cascas de ovo e cascas de ostra em que está presente.

O carbonato de cálcio presente no calcário é dissolvido pelo dióxido de carbono da água, gerando bicarbonato de cálcio. Essa ação pode causar cavernas e é causa de alcalinização da água; evento de grande importância na manutenção da vida nele.

Tem sido utilizado na construção e elaboração de esculturas; exemplos disso são o Partenon em Atenas, a Catedral de Cracóvia e a escultura de Abraham Lincoln em Washington. No entanto, sua suscetibilidade à chuva ácida diminuiu seu uso na construção.

O carbonato de cálcio teve múltiplas aplicações na indústria como material de enchimento de plástico e papel. Na medicina, tem sido usado para controlar a acidez gástrica; como suplemento dietético de cálcio; para controlar a fosfatemia em pacientes com insuficiência renal crônica, etc.

Estrutura

A fórmula do carbonato de cálcio, CaCO₃, indica que a proporção de íons de Ca²⁺ e companhia₃^2- é 1: 1; isto é, para cada Ca²⁺ há um CO₃^2- contraparte interagindo eletrostaticamente com ele. Assim, a ligação iônica acaba organizando esses íons para formar padrões estruturais que definem um cristal.

A imagem superior mostra a estrutura do CaCO₃. As esferas verdes correspondem aos cátions Ca²⁺, e as esferas vermelha e preta para os ânions CO₃^2-. Observe que a estrutura parece ser composta de várias camadas: uma de cálcio e outra de carbonato; o que significa que ele se cristaliza em uma estrutura hexagonal compacta.

Esta fase hexagonal (β-CaCO₃) corresponde a um polimorfo. Existem dois outros: o ortorrômbico (λ-CaCO₃) e um hexagonal ainda mais denso (μ-CaCO₃) A imagem abaixo ajuda a visualizar melhor o hexágono feliz:

Porém, dependendo da temperatura (e para este sal em menor grau a pressão) os íons em suas vibrações se reajustam a outras estruturas; esses são os polimorfos já mencionados (β, λ e μ).

Como parecem, não são bem conhecidos, a menos que sejam mencionados com seus nomes mineralógicos em uma seção futura.

Dureza da proteína

Cristais CaCO₃ Eles não estão sozinhos: eles podem hospedar impurezas como outros cátions metálicos que os colorem; ou proteínas, incorporando uma matriz orgânica que de alguma forma contribui para sua dureza natural.

As proteínas reduzem a tensão que os cristais experimentam uns contra os outros sob pressão ou impacto. Como? Quando prensado entre os painéis, age como se fosse uma "almofada" (semelhante ao conjunto tijolo-cimento-tijolo).

É por isso que esse composto ou mineral é biocompatível, e não é surpreendente que faça parte das unhas, conchas, conchas ou ossos de ouriços. Tem sido fonte de inspiração para quem se dedica ao desenvolvimento de novos materiais.

Propriedades

Outros nomes

-Aragonite

-Calcito

-Volterito

-Leite de cálcio

-Whiteboard

-Mármore

Massa molar

100,086 g / mol.

Descrição física

Pó branco sem cheiro.

Sabor

Como giz, sem gosto.

Pontos de fusão e ebulição

Ele se decompõe devido à liberação de CO₂ antes mesmo de derreter ou ferver.

Solubilidade

Praticamente insolúvel em água e álcool. Dissolve-se efervescentemente em ácidos acético e clorídrico diluídos. Os hidróxidos, entretanto, reduzem sua solubilidade. Enquanto isso, os sais de amônio e o dióxido de carbono aumentam a solubilidade do carbonato de cálcio na água.

Densidade

2,7 a 2,95 g / cm³.

Decomposição

Por volta de 825 ºC se decompõe em óxido de cálcio (cal) e dióxido de carbono (CO₂).

pH

8 a 9

Índice de refração

-1,7216 a 300 nm e 1,6584 a 589 nm (calcita).

-1,5145 a 300 nm e 1,4864 a 589 nm (aragonita).

Incompatibilidades

Com ácidos, alúmen e sais de amônio.

Entalpia de fusão

36 kJ / mol a 800 ° C (calcita).

Constante de produto de solubilidade

3,36·10^-9 a 25 ° C.

Dureza

-3,0 (calcita)

-3,5 - 4,0 (aragonita) na escala de Mohs.

Transições de fase

A aragonita é metaestável e irreversivelmente muda para calcita quando aquecida em ar seco a 400ºC.

Reatividade

O carbonato de cálcio reage com os ácidos, liberando dióxido de carbono, cálcio iônico e água.

Carbonato de cálcio combina com água saturada com dióxido de carbono, equivalente ao ácido carbônico (H₂CO₃), para formar bicarbonato de cálcio.

Treinamento

Giz, mármore e calcário, os dois primeiros minerais e um material rochoso, o terceiro, contêm carbonato de cálcio e são de origem sedimentar. Pensa-se que foram formados pela sedimentação de caracóis ao longo de milhões de anos.

O pH pode ser o fator mais importante na formação de polimorfos a uma temperatura de 24ºC. A Vaterite é o principal produto na faixa de pH entre 8,5 e 10; a aragonita está em pH 11; e calcita em pH> 12.

Além disso, muitas algas de água doce são conhecidas por construir cristais de calcita quando cultivadas em um ambiente saturado de cálcio. Além disso, as microalgas são capazes de causar a precipitação de carbonato de cálcio.

Formas de carbonato de cálcio

As imagens abaixo mostrarão as três formas ou polimorfos principais do carbonato de cálcio:

De cima para baixo estão os polimorfos calcita, aragonita e vaterita. Observe à primeira vista a diferença entre a morfologia de seus cristais (a cor é típica de suas origens e características de seu entorno).

A vaterita é mais opaca que a calcita, esta última até mesmo se tornando completamente transparente (longarina islandesa) e, portanto, tem sido usada em joias e aplicações ópticas. Enquanto isso, os cristais de aragonita se assemelham a pequenos monólitos alongados.

Se forem observadas ao microscópio eletrônico amostras desses três polimorfos, seus cristais (com tons acinzentados devido ao fato de a técnica não permitir resolução de cores), seriam encontradas as mesmas morfologias das escalas macroscópicas; isto é, a olho nu.

Dentre esses três polimorfos, a calcita é a mais abundante e estável, seguida da aragonita e, por último, a vaterita, a mais rara das formas de CaCO.₃

Formulários

Industrial

O carbonato de cálcio aumenta a resistência à torção e tração da borracha sintética e natural, mantendo sua flexibilidade. É utilizado na construção civil como ingrediente de cimento e matéria-prima para cal. Seu uso foi reduzido porque é danificado pela chuva ácida.

O carbonato de cálcio é usado na purificação do ferro. Na forma de cal, remove o dióxido de enxofre presente no metal. É utilizado na purificação do açúcar da beterraba. Já foi usado como giz de quadro-negro, mas foi substituído por gesso para esta aplicação.

O carbonato de cálcio é misturado à massa que é usada na instalação dos vidros. O terreno é usado como um material de enchimento no filme microporoso usado em fraldas. Ele também é usado como um material de enchimento em plásticos como o PVC. Além disso, aumenta a resistência do plástico.

O carbonato de cálcio é utilizado para aumentar a capacidade de cobertura das tintas. É utilizado como material de enchimento de papel porque é mais barato do que a fibra de madeira e pode representar mais de 10% do papel.

Doutores

É usado como antiácido para combater a hiperacidez gástrica e aliviar a indigestão. É utilizado como suplemento dietético de cálcio e no tratamento e prevenção da osteoporose. É usado no tratamento da hiperfosfatemia em pacientes com insuficiência renal crônica.

Tem sido usado para reduzir os efeitos indesejáveis dos inibidores da protease usados no tratamento do VIH, com redução da diarreia nos doentes.

Produz diminuição da pressão arterial em gestantes com hipertensão e pré-eclâmpsia, uma vez que ambas poderiam estar associadas a um aumento da demanda de cálcio devido à presença fetal.

Outras

O carbonato de cálcio é usado na agricultura como fertilizante e para combater a acidez do solo. É usado como conservante, retentor de cor e firmador de alimentos.

Além disso, é um ingrediente de pasta de dente e serve como abrasivo em pó para limpeza e lavagem.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2019). Carbonato de cálcio. Recuperado de: en.wikipedia.org
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