Карбонат кальция

Карбона́т ка́льция (углеки́слый кальций) — неорганическое химическое соединение, соль угольной кислоты и кальция. Химическая формула ${\displaystyle {\mathsf {CaCO_{3}}}}$.

Карбонат кальция
Общие
Систематическое наименование	карбонат кальция
Традиционные названия	карбонат кальция, углекислый кальций, арагонит, кальцит, известняк, мел, мрамор, фатерит
Хим. формула	CaCO3
Рац. формула	CaCO3
Физические свойства
Состояние	твёрдые белые кристаллы
Молярная масса	100.0869 г/моль
Плотность	кальцит: 2,74 г/см³, арагонит: 2,83 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	кальцит: 825 °C, арагонит: 1339 °C
• разложения	900−1000 °C
Энтальпия
• образования	−1206,9 кДж/моль
Давление пара	0 ± 1 мм рт.ст.
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты ${\displaystyle pK_{a}}$	9,0
Растворимость
• в воде	0,0014 г/100 мл (25 °C)
Оптические свойства
Показатель преломления	1,60
Структура
Кристаллическая структура	тригональная, пространств. гр. 2/m
Классификация
Рег. номер CAS	471-34-1
PubChem	10112 и 516889
Рег. номер EINECS	207-439-9
SMILES	C(=O)([O-])[O-].[Ca+2]
InChI	InChI=1S/CH2O3.Ca/c2-1(3)4;/h(H2,2,3,4);/q;+2/p-2 VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L
Кодекс Алиментариус	E170
RTECS	FF9335000
ChEBI	3311
ChemSpider	9708
Безопасность
Предельная концентрация	6 мг/дм^3
ЛД50	6400 мг/кг
Токсичность	Класс опасности 4
NFPA 704	0 0 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

В природе встречается в виде многочисленных минералов, например, кальцита, арагонита и ватерита, является главной составной частью известняка, мрамора, мела, входит в состав скорлупы яиц птиц и пресмыкающихся, а также в состав раковин моллюсков и некоторых других беспозвоночных.

Нерастворим в воде и этаноле. Зарегистрирован как белый пищевой краситель (E170).

Применение

Используется как белый пищевой краситель Е170. Являясь основой мела, используется для письма на досках. Используется в быту для побелки потолков, покраски стволов деревьев, для подщелачивания почвы в садоводстве.

Массовое производство/использование

Таблетки из карбоната кальция

Очищенный от примесей, карбонат кальция широко используется в бумажной и пищевой промышленности, в качестве наполнителя при производстве пластмасс, красок, резины, продукции бытовой химии, в строительстве.

При производстве бумаги карбонат кальция применяют одновременно в качестве отбеливателя, наполнителя, а также раскислителя.

Используется при производстве силикатного стекла, — материала для производства оконного стекла, стеклянных бутылок, стекловолокна.

Применяется при производстве предметов гигиены (например, зубной пасты), в медицине.

В пищевой промышленности часто используется в качестве препарата препятствующего слёживанию и для препятствования слипания в комки сухих молочных продуктов.

При употреблении сверх рекомендованной дозы (1,5 г в день) может вызывать молочно-щелочной синдром (синдром Бернетта). Рекомендован при болезнях костных тканей^{[источник не указан 2547 дней]}.

Производители пластмассы — одни из основных потребителей чистого карбоната кальция (более 50% всего потребления). Используемый в качестве наполнителя и пигмента, карбонат кальция необходим при производстве поливинилхлорида (PVC), полиэфирных волокон (кримплен, лавсан, и т. п.), полиолефинов. Изделия из данных видов пластмасс распространены повсеместно — это трубы, сантехника, кафельная плитка, черепица, линолеум, ковровые покрытия, и т.п. Карбонат кальция составляет порядка 20% красящего пигмента, используемого при производстве красок^{[источник не указан 2547 дней]}.

В строительстве

Строительство — ещё один из основных потребителей карбоната кальция. Например, в качестве наполнителя шпаклёвок и герметиков.

Также карбонат кальция является важным составным элементом при производстве продукции бытовой химии — средств для чистки сантехники, кремов для обуви.

Карбонат кальция широко применяется для раскисления кислых почв.

Нахождение в природе

Кристаллическая структура кальцита

Очень распространённое в природе вещество. Карбонат кальция находится в минералах в виде полиморфов:

• Арагонит
• Кальцит
• Фатерит (или μ-CaCO₃)

Тригональная кристаллическая структура кальцита является наиболее распространённой.

Минералы карбоната кальция находятся в следующих горных породах:

• Мел
• Известняк
• Мрамор
• Травертин
• Доломит

• Кальцит
• Арагонит
• Мрамор
• Травертин

Геология

Залежи карбоната кальция в виде известняковых и меловых пластов — распространённое явление в земной коре. Они имеют органическое, реже хемогенное происхождение.

Органическое происхождение связано отложениями останков древних морских организмов: зоопланктона, моллюсков, кораллов и др., в основном, в меловой период.

Такие горные породы как известняк, мел, мрамор, травертин и другие известковые туфы практически полностью состоят из карбоната кальция с различными примесями.

В природе встречаются три кристаллические модификации карбоната кальция (минералы с одинаковым химическим составом, но с различной кристаллической структурой): кальцит, арагонит и фатерит (ватерит).

Кальцит является наиболее устойчивой и распространённой кристаллической модификацией карбоната кальция. Около 10 % всех осадочных пород составляют известняки, сложенные кальцитовыми останками раковин простейших морских организмов.

Арагонит является второй по устойчивости и распространённости кристаллической модификацией CaCO_3. В основном формируется в раковинах моллюсков и скелетах кораллов. Также арагонит может образовываться при неорганических процессах (хемогенное происхождение), например, в карстовых пещерах или гидротермальных источниках в результате химического осаждения из водных растворов или при испарении воды.

Фатерит является наименее стабильной разновидностью карбоната кальция и очень быстро превращается в воде либо в кальцит, либо в арагонит. В природе встречается относительно редко, когда его кристаллическая структура стабилизирована теми или иными примесями.

Получение

Подавляющее количество карбоната кальция, добывающееся из полезных ископаемых, используется в промышленности. Чистый карбонат кальция (например, для производства продуктов питания или использования в фармацевтических целях), может быть изготовлен из природного минерала с малым количеством вредных примесей, например, из мрамора.

В лаборатории карбонат кальция может быть приготовлен предварительным гашением оксида кальция — негашёной извести. При этом образуется гидроксид кальция, и затем в суспензию продувается углекислый газ для получения карбоната кальция:

${\displaystyle {\mathsf {CaO+H_{2}O\longrightarrow Ca(OH)_{2}}},}$

${\displaystyle {\mathsf {Ca(OH)_{2}+CO_{2}\longrightarrow CaCO_{3}\downarrow +H_{2}O}}.}$

Химические свойства

См. также: Карбонаты

При нагревании до 900—1000 °C разлагается на кислотный оксид — углекислый газ CO₂ и основный оксид — негашёную известь CaO:

${\displaystyle {\mathsf {CaCO_{3}\longrightarrow CaO+CO_{2}\uparrow }}.}$

Растворяется в воде при избытке углекислого газа, образуя кислую соль — гидрокарбонат кальция Ca(HCO₃)₂:

${\displaystyle {\mathsf {CaCO_{3}+CO_{2}+H_{2}O\longrightarrow Ca(HCO_{3})_{2}}}.}$.

Из-за этой реакции образуются сталактиты, сталагмиты. Природные подземные воды, обильные углекислом газом, растворяют плохо растворимый карбонат кальция с образованием много лучше растворимого в воде гидрокарбоната кальция, при выделении подземной воды в виде капель с потолков пещер при попадании в воздух с низкой концентрацией углекислого газа происходит обратная реакция превращения гидрокарбоната кальция в плохо растворимый осадок карбоната кальция, образующего красивые природные формы в пещерах, и из-за этого же механизма образуются карстовые пещеры.

При обжиге с температурой свыше 1500 °C с углеродом, например, в форме кокса, образует карбид кальция и угарный газ:

${\displaystyle {\mathsf {CaCO_{3}+4C\longrightarrow CaC_{2}+3CO\uparrow }}}$.

Реагирует с сильными кислотами с вытеснением угольной кислоты, которая тут же разлагается на воду и углекислый газ:

${\displaystyle {\mathsf {CaCO_{3}+2HCl\rightarrow CaCl_{2}+CO_{2}\uparrow +H_{2}O}}.}$

Данная реакция используется для лабораторного получения углекислого газа в аппарате Киппа.

Безопасность

Карбонат кальция считается нетоксичным веществом. ПДК 180 мг/дм³ (в воде, с обязательным контролем по ионам кальция). ЛД50 на крысах около 6400 мг/кг.

Одобрен Объединённым экспертным комитетом ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (JECFA) в качестве пищевой добавки в 1965 году. Имеет номер E170 и номер INS 170. Используется в качестве регулятора кислотности, антислеживателя, стабилизатора или пищевого красителя и одобрен для использования в Европейском союзе, США, Австралии и Новой Зеландии. Он «по закону добавляется ко всей муке грубого помола в Великобритании, кроме цельнозерновой». Он используется в некоторых продуктах из соевого молока и миндального молока в качестве источника диетического кальция; по крайней мере, одно исследование предполагает, что карбонат кальция может быть таким же биодоступным, как кальций в коровьем молоке. Карбонат кальция также используется в качестве укрепляющего агента во многих консервированных и бутилированных овощных продуктах.

Примечания

1. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0090.html
2. Solvay Precipitated Calcium Carbonate: Production . Solvay S. A. (9 марта 2007). Архивировано 9 февраля 2012 года.
3. World Health Organization. CALCIUM CARBONATE // Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives. Архивировано 26 июня 2022 года.
4. E-numbers: E170 Calcium carbonate . Food-Info.net. Дата обращения: 14 октября 2022. Архивировано 14 октября 2022 года. 080419 food-info.net
5. Current EU approved additives and their E Numbers . UK Food Standards Agency. Дата обращения: 27 октября 2011. Архивировано 7 октября 2010 года.
6. Listing of Food Additives Status Part I . US Food and Drug Administration. Дата обращения: 27 октября 2011. Архивировано 14 марта 2013 года.
7. Standard 1.2.4 – Labelling of ingredients . Australia New Zealand Food Standards Code. Дата обращения: 27 октября 2011. Архивировано 2 сентября 2013 года.
8. Holdstock, Lee. Why go organic?. Real Bread Campaign. Soil Association Certification Limited. Архивировано 14 октября 2022. Дата обращения: 14 октября 2022.
9. Bread and Flour Regulations 1998 A summary of responses to the consultation and Government Reply (PDF). Department for Environment, Food and Rural Affairs. Август 2013. Архивировано (PDF) 19 сентября 2021. Дата обращения: 14 октября 2022.
10. Zhao, Y.; Martin, B. R.; Weaver, C. M. (2005). Calcium bioavailability of calcium carbonate fortified soymilk is equivalent to cow's milk in young women. The Journal of Nutrition. 135 (10): 2379–2382. doi:10.1093/jn/135.10.2379. PMID 16177199.

Литература

• Calcium Carbonate : [англ.] : [арх. 17 октября 2007] / National Institutes of Health // Medline Plus. — 2005. — 1 October. — Revised: Sep 15, 2015.

Ссылки

• Краситель е170 – Карбонат кальция : [арх. 26 октября 2010] // Факты о здоровой пище. — 2009.