تجزیه کربنات کلسیم

واکنش تجزیه واکنشی است که در آن یک ترکیب شیمیایی منفرد به قطعات شیمیایی ساده‌تر تجزیه می‌شود. تجزیه کربنات کلسیم موضوعی است که در این مقاله درباره آن صحبت می‌کنیم. کربنات کلسیم یک ترکیب شیمیایی با فرمول CaCO3 است که از سه عنصر اصلی کربن، اکسیژن و کلسیم تشکیل شده است.

کربنات کلسیم یکی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین مواد شیمیایی در زندگی بشر است. احتمالا همه ما برای اولین بار در کلاس‌های مدرسه با کربنات کلسیم مواجه شده‌ایم. زیرا گچ مورد استفاده در کلاس‌های درس نوعی کربنات کلسیم است. کربنات کلسیم در پوسته زمین به فراوانی و در اشکال مختلفی مانند سنگ آهک، مرمر و غیره موجود است. اشکال مختلف کربنات کلسیم از نظر شیمیایی مشابه هستند و فقط از نظر فیزیکی با هم تفاوت دارند. به کانی‌های حاوی کربنات کلسیم کلسیت نیز می‌گویند.

معادله تجزیه کربنات کلسیم

گفتیم که تجزیه یک ترکیب شیمیایی به این معناست که آن ترکیب را طی واکنشی به اجزا و عناصر سازنده آن تبدیل کنیم. تجزیه کربنات کلسیم در علم شیمی از اهمیت زیادی برخوردار است. زیرا کربنات کلسیم ماده معدنی مهم و پر کاربردی است. از سوی دیگر ماده‌ای بسیار سخت و مقاوم است و عملا در آب نامحلول است. اکثر حلال‌های کربنات کلسیم شیمیایی نظیر الکل‌ها و قلیاها نیز قادر به حل کردن کربنات کلسیم نیستند. معادله واکنش تجزیه کربنات کلسیم بسیار ساده است. معادله تجزیه کربنات کلسیم عبارت است از:

CaCO3 —> CaO + CO2

در این واکنش شیمیایی کربنات کلسیم به اکسید کلسیم جامد و گاز کربن دی اکسید تبدیل می‌شود.

چرا کربنات کلسیم را تجزیه می کنیم؟

ممکن است این سوال برای شما مطرح شده باشد که اصلا چرا کربنات کلسیم را تجزیه می کنیم؟ اصلی‌ترین دلیل تجزیه کربنات کلسیم تولید آهک خالص است. در کربنات کلسیم استخراج شده از طبیعت ناخالصی‌های مختلفی همچون منیزیم، آهن و آلومینیوم وجود دارد. برای خلاص شدن از این ناخالصی‌ها و تولید آهک خالص از تجزیه حرارتی کربنات کلسیم بهره گرفته می‌شود. در حقیقت اهمیت تجزیه کردن کربنات کلسیم از دو جنبه مختلف قابل بررسی است.

1. اولین مورد این است که در تجزیه کربنات کلسیم آهک زنده تولید می‌شود. آهک زنده یا اکسید کلسیم در صنعت کاربرد فراوانی دارد.
2. مورد دوم فرآیند رسوب زدایی از لوله‌ها و دستگاه‌های صنعتی و خانگی مختلف است. از طریق تجزیه و واکنش کربنات کلسیم با اسیدها می‌توان رسوبات کربنات کلسیم را از بین برد و از آسیب رسیدن به دستگاه‌ها جلوگیری کرد.

روش های تجزیه کربنات کلسیم

دو روش اصلی برای تجزیه کردن کربنات کلسیم استفاده می‌شود. روش های تجزیه کربنات کلسیم عبارتند از:

• واکنش کربنات کلسیم با برخی از اسیدها
• تجزیه حرارتی کربنات کلسیم

واکنش کربنات کلسیم با برخی از اسیدها یکی از روش‌های تجزیه کردن کربنات کلسیم است. این واکنش با استفاده از برخی اسیدها مانند استیک اسید، سولفوریک اسید و اسید هیدروکلریک انجام می‌شود. در نتیجه‌ی این واکنش، سه محصول جانبی تولید می‌شود:

• نمک
• آب
• کربن دی اکسید

در اثر این واکنش کربنات کلسیم به طور کامل تجزیه می‌شود و ساختار آن به کلی دگرگون می‌گردد.

روش تجزیه کربنات کلسیم با استفاده از اسیدها به ندرت استفاده می‌شود. زیرا بسیار پر هزینه و خطرناک است. از سوی دیگر بخشی از مواد اولیه به صورت آب در می‌آیند که بلا استفاده است و عملا هدر می‌رود.

معادله واکنش برخی از معروف‌ترین اسیدها با کربنات کلسیم به شرح زیر است:

• واکنش کربنات کلسیم با اسید استیک:

CaCO3 + 2CH3COOH → Ca(CH3COO)2 + CO2 + H2O

• واکنش کربنات کلسیم با اسید سولفوریک:

CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 +CO2 + H2O

• واکنش کربنات کلسیم با اسید هیدروکلریک:

CaCO3 + HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

تجزیه کربنات کلسیم با استفاده از حرارت

تجزیه کربنات کلسیم با استفاده از حرارت بهترین و رایج‌ترین روش تجزیه این ماده معدنی است. در روش تجزیه حرارتی عوامل خارجی مانند انرژی گرمایی به ترکیب شیمیایی عرضه می‌شود تا تجزیه به مواد ساده‌تر انجام شود. این کار دقیقا برعکس فرآیند سنتز شیمیایی است. این مکانیسم تجزیه کربنات کلسیم برای تولید آهک زنده در بخش صنعتی استفاده می‌شود. در این واکنش تنها ماده شرکت کننده کربنات کلسیم است و حرارت تنها نقش کاتلالیزور را ایفا می‌کند. دمای تجزیه کربنات کلسیم بین 900 تا 1500 درجه سانتی گراد است. هر چه دمای بیشتری را در فرآیند تجزیه اعمال کنیم آهک فعال‌تری تولید خواهد شد. زیرا در دمای بالاتر گاز کربن دی‌ اکسید بهتر از کوره‌ها خارج می‌شود. در حقیقت کیفیت فرآیند تجزیه کربنات کلسیم با بررسی میزان فعال بودن آهک مشخص می‌شود. آهک فعال یا اکسید کلسیم با آب واکنش نشان می‌دهد. هر چه این واکنش سریع‌تر انجام شود خلوص آهک زنده تولید شده بیشتر است که نشان از کیفیت بالای فرآیند تجزیه دارد. علت این که برای تجزیه شدن کربنات کلسیم به این دمای بالا نیاز است استحکام زیاد پیوندهای یونی در کربنات کلسیم است. این حرارت در کوره‌های آهک پزی تامین می‌شود. با وجود این که تجزیه حرارتی کربنات کلسیم فرآیندی ساده است، اما برای بررسی دقیق و آنالیز کربنات کلسیم به تجهیزات سنجشی، آنالیز حرارت سنجی و آنالیز پتانسیل حرارتی داریم. با کمک این آزمایشات می‌توان تاثیر عواملی چون فشارهای مکانیکی و اتمسفر را بر فرآیند تجزیه مطالعه نمود‌.