حلال کربنات کلسیم چه ماده ای است؟

حلال کربنات کلسیم

حلالیت پودر کربنات کلسیم بسیار کمی در آب خالص دارد (۱۵ میلی گرم در لیتر در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد)، اما در آب باران که با دی اکسید کربن اشباع شده است، به دلیل تشکیل محلول بی کربنات کلسیم محلول در آن حل می شود. کربنات کلسیم از این جهت غیرمعمول است که با کاهش دمای آب، میزان حلالیت آن افزایش می یابد.

افزایش حلالیت  پودر میکرونیزه کربنات کلسیم الیگودرز در آب باران اشباع شده با دی اکسید کربن، نیروی محرکه فرسایش سنگهای سنگ آهک است و در مدت زمان طولانی منجر به تشکیل غارها می شود. آب باران اسیدی ضعیفی است و هنگامی که با سنگ آهک روبرو می شود، مقداری از کربنات کلسیم واکنش داده و محلول بی کربنات کلسیم را تشکیل می دهد.

راهی برای حل CaCO3 وجود ندارد. اگر آن را در یک اسید آبی حل کنید، دیگر CaCO3 نیست. حداکثر امکان تعلیق وجود دارد. برای هدف شما یک سوسپانسیون در یک درز حلال آلی مناسب است. ساده ترین راه این است که یک نوع خوب آسیاب شده CaCO3 خریداری کنید که از قبل سطح آن اصلاح شده است تا بتواند در یک ماتریس آلی پراکنده شود. اگر می خواهید از CaCO3 اصلاح نشده استفاده کنید، به یک آسیاب نیاز دارید، به عنوان مثال: آسیاب گلوله ای، که در آن یک حلال آلی به انتخاب خود قرار می دهید، مقداری از اسید اولئیک و ۵۰٪ وزن CaCO3 را شروع کرده و آسیاب کنید. در پایان تعلیق نسبتاً پایداری خواهید داشت.

کربنات کلسیم (CaCO3) از محلولهای مختلف الکلی بدون آب سنتز شده و منجر به تشکیل رسوبات واتریت و کلسیت یا سوسپانسیون ذرات پایدار می شود که بسته به شرایط استفاده شده ابعاد و مورفولوژی دارد. نتایج بدست آمده اهمیت حل شدن در طول تبلور CaCO3 را روشن کرده و یک مسیر مصنوعی جدید را برای رسوب آن در حلالهای آلی باز می کند.

آب به عنوان حلال کربنات کلسیم

تاثیر آب به عنوان حلال کربنات کلسیم از اهمیت زیادی برای انسان ها برخوردار است زیرا موجب سختی آب خواهد شد. آب های روان در سفره های زیرزمینی با فشار های مختلف جوی و سطوح متفاوت گاز کربنیک نسبت به آب موجود در سطح زمین مواجه هستند. در نتیجه آب سفره های زیر زمینی که به صخره های کربنات کلسیم رسوب می کنند مقادیری از این ماده را در خود حل می نمایند و پس از خروج از سفره و جاری شدن بر سطح زمین ، گاز دی اکسید کربن آزاد می کنند.

واکنش با اسیدها

مانند تمام کربناتهای فلزی، کربنات کلسیم با محلولهای اسیدی واکنش داده و گاز دی اکسید کربن تولید می کند. این واکنش است که باعث سوختن سنگ آهک می شود وقتی اسید هیدروکلریک رقیق روی سطح آن قرار گیرد.

تفاوت اسیدهای قوی و ضعیف بعنوان حلال کربنات کلسیم

اسید های قوی مانند هیدروکلریک اسید، متوسط مانند سولفامیک اسید و ضعیف نظیر استیک، سیتریک، سوربیک، لاکتیک و فسفریک در بازار به منظور جلوگیری از کپک و همچنین رسوبات آهک در ظروف و لوله ها بفروش می رسد.

نتیجه گیری

حلالیت یک ماده باید در شرایط گوناگونی نظیر نوع حلال، دما، فشار، پی اچ و … سنجیده شود. به عنوان مثال تاثیر آب به عنوان حلال کربنات کلسیم: تاثیر آب به عنوان حلال کربنات کلسیم از اهمیت زیادی برای انسان ها برخوردار است زیرا موجب سختی آب خواهد شد. کربنات کلسیم ماده اصلی معدنی سنگ آهک است. همچنین این ماده به طور طبیعی در برخی از مواد غذایی یافت می شود

این مطلب به بررسی حلال می پردازیم. حلالیت یک ماده باید در شرایط گوناگونی نظیر نوع حلال ، دما ، فشار ، پی اچ و … سنجیده شود و نمی توان تنها با چند کلمه نوع حلالیت یک ماده شیمیایی یا ارگانیک را توصیف نمود. یکی از شرایط سنجش حلالیت کربنات کلسیم در شرایط میزان متفاوت گاز کربنیک است. کربنات کلسیم انحلال پذیری اندکی در آب خالص داشته و میزان آن حدود ۴۷ میلی گرم در لیتر می باشد که البته این میزان در فشار نرمال گاز کربنیک اتمسفر است. معادله واکنش حلالیت کربنات کلسیم در این شرایط به شرح زیر است:

CaCO₃ ⇌ Ca²⁺ + CO²⁻_۳

این معادله به دلیل دارای یون های CO²⁻_۳ و Ca²⁺ نیازمند تشریح است. معادله حلال کربنات کلسیم در این حالت نشان می دهد که غلظت مولی یون های کربنات (مول های حل شده Ca²⁺ در هر لیتر از محلول) با غلظت یونی محلول CO²⁻_۳ نمی تواند فراتر از K_sp باشد. این معادله به نظر ساده می رسد ولی در صورت افزوده شدن دی اکسید کربن و آب (اسید کربنیک) به عنوان حلال کربنات کلسیم موجب پیچیده تر شده معادله خواهد شد.

در فشارهای مختلف جوی گاز دی اکسید کربن ، میزان قلیاییت بر انحلال کربنات کلسیم ماثر است. به این صورت که هر چه فشار اتمسفر کاهش یابد ، قلیاییت محلول بیشتر و بیشتر می شود و میزان بخار تولید شده در اثر انحلال یون های کربنات و بی کربنات افزایش می یابد. البته میزان انحلال مشتقات کربنات کلسیم نظیر بیشتر از خود کربنات کلسیم است.

تاثیر آب به عنوان حلال کربنات کلسیم از اهمیت زیادی برای انسان ها برخوردار است زیرا موجب سختی آب خواهد شد. آب های روان در سفره های زیرزمینی با فشار های مختلف جوی و سطوح متفاوت گاز کربنیک نسبت به آب موجود در سطح زمین مواجه هستند. در نتیجه آب سفره های زیر زمینی که به صخره های کربنات کلسیم رسوب می کنند مقادیری از این ماده را در خود حل می نمایند و پس از خروج از سفره و جاری شدن بر سطح زمین ، گاز دی اکسید کربن آزاد می کنند. در نتیجه آب به عنوان حلال کربنات کلسیم در طبیعت عامل ایجاد استالاگمیت ها و استالاکتیت ها در غارهای آهکی می شود.

 

تاثیر سطوح مختلف پی اچ ، دما و شوری بر حلال کربنات کلسیم

 

در استخرهای شنا به منظور جلوگیری از آهکی شدن آب و جلوگیری از انحلال بیش از حد کربنات کلسیم در آب ، از مواد مختلفی نظیر اسید کلریدریک ، سدیم بی سولفات ، کربنات سدیم ، و کلر استفاده می شود تا اسیدی یا قلیایی بودن آب تحت کنترل باشد. این کار ، تاثیر فشار گاز کربنیک بر حلالیت کربنات کلسیم در آب کاهش خواهد یافت. معادله چنین واکنشی به شرح زیر است:

واکنش انحلال کم سرعت

H₂CO₃ ⇌ CO₂(aq) + H₂O

واکنش انحلال پر سرعت

H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO⁻_۳ ⇌ ۲ H⁺ + CO₂

 

تفاوت اسیدهای قوی و ضعیف بعنوان حلال کربنات کلسیم

 

اسید های قوی مانند هیدروکلریک اسید ، متوسط مانند سولفامیک اسید و ضعیف نظیر استیک ، سیتریک ، سوربیک ، لاکتیک و فسفریک در بازار به منظور جلوگیری از کپک و همچنین رسوبات در ظروف و لوله ها بفروش می رسد. بیشترین میزان کربنات کلسیم که قابل انحلال در یک لیتر از محلول اسیدی می باشد در جدول زیر آمده است.

[A] (mol/L)	۱	۱۰−۱	۱۰−۲	۱۰−۳	۱۰−۴	۱۰−۵	۱۰−۶	۱۰−۷	۱۰−۱۰
Initial pH	۰٫۰۰	۱٫۰۰	۲٫۰۰	۳٫۰۰	۴٫۰۰	۵٫۰۰	۶٫۰۰	۶٫۷۹	۷٫۰۰
Final pH	۶٫۷۵	۷٫۲۵	۷٫۷۵	۸٫۱۴	۸٫۲۵	۸٫۲۶	۸٫۲۶	۸٫۲۶	۸٫۲۷
Dissolved CaCO3 (g/ of acid)	۵۰٫۰	۵٫۰۰	۰٫۵۱۴	۰٫۰۸۴۹	۰٫۰۵۰۴	۰٫۰۴۷۴	۰٫۰۴۷۱	۰٫۰۴۷۰	۰٫۰۴۷۰