Гидрокарбонат кальция

Ионы кальция растворяются в (водопроводной) воде в форме гидрокарбоната кальция (также: бикарбонат кальция, эмпирическая формула: Ca (HCO 3 ) 2 , теоретическая молярная масса : 162,11 г · моль -1 ). Само вещество не может быть представлено в чистом виде при нормальных условиях. Следовательно, невозможно определить свойства материала, такие как температура плавления и т.п. указать. Его растворимость при 20 ° C и 1 атм составляет 1,66 г на 100 г H 2 O, что значительно выше, чем у карбоната кальция (1,4 мг на 100 г H 2 O при 20 ° C).

Баланс с углекислым газом

Гидрокарбонат кальция образуется, когда известняк , который в основном состоит из карбоната кальция, выветривается под действием воды и углекислого газа . Двуокись углерода частично растворяется в воде в виде угольной кислоты , которая в дальнейшем диссоциирует до гидрокарбоната и тем самым выделяет протоны . В то же время карбонат кальция в небольших количествах растворяется в воде, выделяя ионы карбоната. Они захватывают ионы водорода, предлагаемые диоксидом углерода, а также становятся ионами карбоната водорода. Во время растворения известняка угольной кислотой одна эквивалентная доля гидрокарбонатных ионов поступает из угольной кислоты, а другая - из камня.

Чтобы удерживать гидрокарбонат кальция в растворе , необходима определенная концентрация так называемой «связанной угольной кислоты». С химической точки зрения она ничем не отличается от любой другой угольной кислоты; все дело в пропорции. В равновесии диссоциации с присутствующими ионами гидрокарбоната эта связанная угольная кислота устанавливает значение pH воды настолько низким, что доля карбонат-ионов, которая, в свою очередь, зависит от этого значения pH вместе с присутствующей концентрацией кальция, просто равна произведение растворимости карбоната кальция еще не превышает.

Если в растворе имеется больше, чем соответствующее количество свободного диоксида углерода, это количество диоксида углерода называется «избытком». Он может реагировать с большим количеством известняка и растворять его. Его часть, которая растворяет известь и переходит в дополнительный гидрокарбонат кальция, называется «угольной кислотой, агрессивной по отношению к извести». Остальной избыток углекислого газа увеличивает связанный углекислый газ до нового, более высокого уровня.

Гидрокарбонат кальция существует только в водном растворе при сосуществовании эквивалентных количеств ионов кальция и гидрокарбоната . При испарении воды или при нагревании из раствора выделяется углекислый газ; это также может быть уменьшено фотосинтезом. В результате равновесие диссоциации угольной кислоты снова смещается в направлении карбонат-ионов, то есть в левую часть приведенного выше уравнения реакции. Таким образом, продукт растворимости карбоната кальция снова превышается, и снова образуется нерастворимый известняк. Этот процесс является основой образования известкового агломерата , травертина или туфа , а также образования известковых отложений ( морского мела ) в озерах и океанах. Конгломерат, известный как Nagelfluh (отложения мелассы или гальки ледникового периода), встречающийся в северных предгорьях Альп, также может возникать таким образом, когда гравий или щебень вжигают в натуральный бетон с использованием вяжущего вещества извести .

Гидравлические предприятия адаптируют содержание углекислого газа к содержанию извести в питьевой воде таким образом, что в железных трубах образуется тонкий слой извести, предотвращающий ржавление. Чтобы не слишком уменьшать сечение кабеля, необходимо постоянно регулировать содержание углекислого газа. Скорость, с которой устанавливается вышеупомянутое равновесие, также играет роль в этой постоянной адаптации: с чистым карбонатом кальция это занимает чрезвычайно много времени; с другой стороны, в присутствии посторонних ионов (например, Mg 2+ или SO 4 2- ) равновесие устанавливается очень быстро; поэтому доломит используется для связывания избытка угольной кислоты.

Содержание гидрокарбоната кальция в водопроводной воде вносит основной вклад в жесткость воды, так называемую карбонатную жесткость .

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Запись о карбонате кальция. В: Römpp Online . Георг Тиме Верлаг, доступ 22 октября 2013 г.
  2. ^ Э. Шведа: Jander / Blasius: неорганическая химия I - Введение и качественный анализ . 17-е издание. Хирзель, 2012, ISBN 978-3-7776-2134-0 , стр. 253 .
  3. ↑ Эрвин Ридель , Кристоф Джаниак : Неорганическая химия . 8-е издание. де Грюйтер , 2011, ISBN 3-11-022566-2 , стр. 532 .
  4. ↑ Э. Ридель, Кристоф Джаниак: Неорганическая химия . 8-е издание. де Грюйтер , 2011, ISBN 3-11-022566-2 , стр. 610 .