Il bicarbonato di calcio è un sale inorganico con la formula chimica Ca (HCO3)Due. Ha origine in natura dal carbonato di calcio presente nelle pietre calcaree e minerali come la calcite.
Il bicarbonato di calcio è più solubile in acqua del carbonato di calcio. Questa caratteristica ha permesso la formazione di sistemi carsici nelle rocce calcaree e nella strutturazione di grotte..
L'acqua sotterranea che attraversa le fessure diventa satura nel suo spostamento di anidride carbonica (CODue). Queste acque erodono le rocce calcaree rilasciando carbonato di calcio (CaCO3) che formerà il bicarbonato di calcio, secondo la seguente reazione:
Ladro3(i) + CODue(g) + HDueO (l) => Ca (HCO3)Due(aq)
Questa reazione si verifica nelle grotte dove si originano acque molto dure. Il bicarbonato di calcio non è allo stato solido ma in una soluzione acquosa, insieme al CaDue+, bicarbonato (HCO3-) e lo ione carbonato (CO3Due-).
Successivamente, diminuendo la saturazione dell'anidride carbonica nell'acqua, avviene la reazione inversa, ovvero la trasformazione del bicarbonato di calcio in carbonato di calcio:
Ca (HCO3)Due(aq) => CODue (g) + HDueO (l) + CaCO3 (S)
Il carbonato di calcio è scarsamente solubile in acqua, questo fa sì che la sua precipitazione avvenga come un solido. La reazione di cui sopra è molto importante nella formazione di stalattiti, stalagmiti e altri speleotemi nelle grotte..
Queste strutture rocciose sono formate dalle gocce d'acqua che cadono dal soffitto delle grotte (immagine in alto). Il CaCO3 presente nelle goccioline d'acqua, cristallizza a formare le strutture suddette.
Il fatto che il bicarbonato di calcio non si trovi allo stato solido ne ha reso difficile l'uso, con pochi esempi trovati. Allo stesso modo, è difficile trovare informazioni sui suoi effetti tossici. Esiste un rapporto su una serie di effetti collaterali derivanti dal suo utilizzo come trattamento per prevenire l'osteoporosi.
Due anioni HCO sono mostrati nell'immagine sopra3- e un catione CaDue+ interagendo elettrostaticamente. Il CADue+ secondo l'immagine, dovrebbe essere posizionato al centro, poiché in questo modo l'HCO3- non si sarebbero respinti a vicenda a causa delle loro cariche negative.
La carica negativa su HCO3- delocalizza tra due atomi di ossigeno, per risonanza tra il gruppo carbonile C = O e il legame C-O-; mentre nel CO3Due-, è delocalizzato tra i tre atomi di ossigeno, poiché il legame C-OH è deprotonato e può quindi ricevere una carica negativa per risonanza.
Le geometrie di questi ioni possono essere considerate come sfere di calcio circondate da triangoli piatti di carbonati con un'estremità idrogenata. In termini di rapporto dimensionale, il calcio è notevolmente più piccolo degli ioni HCO.3-.
Ca (HCO3)Due Non può formare solidi cristallini e in realtà è costituito da soluzioni acquose di questo sale. In essi, gli ioni non sono soli, come nell'immagine, ma circondati da molecole H.DueO.
Come interagiscono? Ogni ione è circondato da una sfera di idratazione, che dipenderà dal metallo, dalla polarità e dalla struttura delle specie disciolte..
Il CADue+ si coordina con gli atomi di ossigeno nell'acqua per formare un complesso acquoso, Ca (OHDue)nDue+, dove n è generalmente considerato sei; cioè un "ottaedro acquoso" attorno al calcio.
Mentre gli anioni HCO3- interagiscono con i legami idrogeno (ODueCO-H-OHDue) o con gli atomi di idrogeno dell'acqua in direzione della carica negativa delocalizzata (HOCODue- H-OH, interazione dipolo-ione).
Queste interazioni tra CaDue+, HCO3- e l'acqua sono così efficienti da rendere il bicarbonato di calcio molto solubile in quel solvente; a differenza di CaCO3, in cui le attrazioni elettrostatiche tra CaDue+ e il CO3Due- sono molto forti, precipitando dalla soluzione acquosa.
Oltre all'acqua, ci sono molecole di CODue intorno, che reagiscono lentamente per fornire più HCO3- (a seconda dei valori di pH).
Finora, le dimensioni e le cariche degli ioni in Ca (HCO3)Due, né la presenza di acqua, spiegano perché il composto solido non esiste; cioè cristalli puri che possono essere caratterizzati dalla cristallografia a raggi X. Ca (HCO3)Due non è altro che ioni presenti nell'acqua da cui continuano a crescere le formazioni cavernose.
Sì CaDue+ e l'HCO3- potrebbe essere isolato dall'acqua evitando la seguente reazione chimica:
Ca (HCO3)Due(aq) → CaCO3(i) + CODue(g) + HDueO (l)
Questi potrebbero quindi essere raggruppati in un solido cristallino bianco con rapporti stechiometrici 2: 1 (2HCO3/ 1Ca). Non ci sono studi sulla sua struttura, ma potrebbe essere paragonato a quello di NaHCO3 (poiché il bicarbonato di magnesio, Mg (HCO3)Due, non esiste nemmeno come solido), o con quello di CaCO3.
NaHCO3 cristallizza nel sistema monoclino e nel CaCO3 nei sistemi trigonale (calcite) e ortorombico (aragonite). Se Na è stato sostituito+ di CaDue+, il reticolo cristallino sarebbe destabilizzato dalla maggiore differenza di dimensioni; cioè il Na+ essendo più piccolo, forma un cristallo più stabile con HCO3- rispetto a CaDue+.
Infatti, Ca (HCO3)Due(aq) ha bisogno che l'acqua evapori in modo che i suoi ioni possano raggrupparsi in un cristallo; ma il suo reticolo cristallino non è abbastanza forte per farlo a temperatura ambiente. Quando si riscalda l'acqua, si verifica la reazione di decomposizione (equazione sopra).
Essendo lo ione Na+ in soluzione, formerebbe il cristallo con l'HCO3- prima della sua decomposizione termica.
Il motivo per cui Ca (HCO3)Due non cristallizza (teoricamente), è dovuto alla differenza di raggi ionici o dimensioni dei suoi ioni, che non possono formare un cristallo stabile prima della decomposizione.
Se, d'altra parte, H.+ alle strutture cristalline di CaCO3, le loro proprietà fisiche cambierebbero drasticamente. Forse i loro punti di fusione diminuiscono notevolmente e anche le morfologie dei cristalli finiscono per modificarsi..
Varrebbe la pena provare la sintesi di Ca (HCO3)Due solido? Le difficoltà potrebbero superare le aspettative e un sale con bassa stabilità strutturale potrebbe non fornire significativi vantaggi aggiuntivi in qualsiasi applicazione in cui sono già utilizzati altri sali..
Ca (HCO3)Due
162,11 g / mol
Non è disponibile allo stato solido. Si trova in soluzione acquosa e i tentativi di trasformarlo in un solido mediante evaporazione dell'acqua non hanno avuto successo poiché diventa carbonato di calcio.
16,1 g / 100 ml a 0 ° C; 16,6 g / 100 ml a 20 ° C e 18,4 g / 100 ml a 100 ° C. Questi valori sono indicativi di un'elevata affinità delle molecole d'acqua per gli ioni Ca (HCO3)Due, come spiegato nella sezione precedente. Nel frattempo, solo 15 mg di CaCO3 si dissolvono in un litro d'acqua, riflettendo le loro forti interazioni elettrostatiche.
Perché Ca (HCO3)Due non può formare un solido, la sua solubilità non può essere determinata sperimentalmente. Tuttavia, date le condizioni create dal CODue disciolto nell'acqua che circonda il calcare, si può calcolare la massa di calcio disciolta alla temperatura T; massa, che sarebbe uguale alla concentrazione di Ca (HCO3)Due.
A diverse temperature la massa disciolta aumenta come dimostrano i valori a 0, 20 e 100 ° C. Quindi, in base a questi esperimenti, viene determinato quanto del Ca (HCO3)Due si dissolve in prossimità di CaCO3 in mezzo acquoso aerato con CODue. Una volta che il CO scappaDue gassoso, CaCO3 precipiterà, ma non Ca (HCO3)Due.
Il reticolo cristallino di Ca (HCO3)Due è molto più debole di CaCO3. Se può essere ottenuto allo stato solido e la temperatura alla quale fonde viene misurata in un fusiometro, si otterrebbe sicuramente un valore ben al di sotto di 899ºC. Allo stesso modo, ci si aspetterebbe lo stesso nella determinazione del punto di ebollizione..
Non carburante.
Poiché questo composto non esiste in forma solida, è improbabile che la manipolazione delle sue soluzioni acquose rappresenti un rischio, poiché entrambi gli ioni CaDue+ come HCO3- non sono nocivi a basse concentrazioni; e quindi, il rischio maggiore che sarebbe quello di ingerire queste soluzioni, potrebbe essere dovuto solo a una dose pericolosa di calcio ingerita.
Se il composto dovesse formare un solido, anche se forse fisicamente diverso da CaCO3, i suoi effetti tossici non possono andare oltre il semplice disagio e secchezza dopo il contatto fisico o l'inalazione.
-Le soluzioni di bicarbonato di calcio sono state a lungo utilizzate per lavare vecchie carte, in particolare opere d'arte o documenti storicamente importanti..
-L'uso di soluzioni di bicarbonato è utile, non solo perché neutralizzano gli acidi nella carta, ma forniscono anche una riserva alcalina di carbonato di calcio. Quest'ultimo composto fornisce protezione per futuri danni alla carta..
-Come altri bicarbonati, è utilizzato nei lieviti chimici e nelle formulazioni in compresse effervescenti o in polvere. Inoltre, il bicarbonato di calcio viene utilizzato come additivo alimentare (soluzioni acquose di questo sale).
-Le soluzioni di bicarbonato sono state utilizzate nella prevenzione dell'osteoporosi. Tuttavia, in un caso sono stati osservati effetti collaterali come ipercalcemia, alcalosi metabolica e insufficienza renale..
-Il bicarbonato di calcio viene somministrato occasionalmente per via endovenosa per correggere l'effetto depressivo dell'ipopotassiemia sulla funzione cardiaca.
-E infine fornisce calcio al corpo, mediatore della contrazione muscolare, allo stesso tempo corregge l'acidosi che può manifestarsi in una condizione di ipopotassiemia..
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