کربنات کلسیم کریستال و کاربرد های آن

کربنات کلسیم یکی از فراوان‌ترین مواد معدنی بیوژنیک موجود در طبیعت است. بنابراین جای تعجب نیست که تمرکز زیادی روی شکل گیری و استفاده از آن صورت گرفته است. کربنات کلسیم کریستال که با نام کربنات کلسیم آمورف نیز شناخته می‌شود، گونه ناپایدار و بدون شکل کربنات کلسیم است. بافت بدن سخت پوستان و مرجان‌های دریایی از جمله منابع حاوی کربنات کلسیم آمورف در طبیعت است. در این مقاله درباره این نوع از پودر کربنات کلسیم و کاربردهای آن صحبت خواهیم کرد.

کربنات کلسیم کریستال چیست ؟

کربنات کلسیم ماده معدنی است که در 6 شکل متفاوت در طبیعت یافت می‌شود:

1. واتریت
2. کلسیت
3. آراگونیت
4. ایکائیت
5. مونو هیدرو کلسیت
6. کریستال یا آمورف

کربنات کلسیم کریستال یا آمورف نا پایدارترین شکل کربنات کلسیم به شمار می‌رود. این ماده معدنی ذاتاً ناپایدار با گذشت زمان به کلسیت تبدیل می‌شود.  کربنات کلسیم آمورف با دو فرمول شیمیایی مختلف در طبیعت وجود دارد:

• تک آبه با فرمول H2O
• خشک یا بی آب با فرمول CaCO3

کربنات کلسیم آمورف به دلیل ناپایداری زیاد تنها توسط برخی از موجودات دریایی، مانند میگو قابل تولید و حفظ است. این موجودات کربنات کلسیم آمورف با با استفاده از نوعی پروتئین خاص تولید می‌کنند. تولید این نوع کربنات کلسیم توسط موجودات دریایی با دو هدف عمده انجام می‌شود:

1. ذخیره مواد معدنی
2. بهبود شرایط فیزیکی پوسته در سخت پوستان

برای مثال خرچنگ‌های آب شیرین به کربنات کلسیم آمورف به عنوان ماده معدنی اصلی در اسکلت بیرونی خود متکی هستند. نوعی از توتیای دریایی نیز از این نوع کربنات کلسیم برای تولید سنبه استفاده می‌کند.

تهیه و تولید کربنات کلسیم کریستال

مدت زمانی در حدود یک قرن از کشف کربنات کلسیم آمورف می‌گذرد. در طی این مدت روش‌های گوناگونی برای پایدارسازی نسبی ساختار کربنات کلسیم آمورف ابداع و آزمایش شده است. برخی از این روش‌ها می‌توانند ساختار کربنات کلسیم آمورف را تا چند هفته پایدار نگه دارند. یکی از رایج‌ترین و بهترین روش‌های پایدارسازی کربنات کلسیم آمورف، استفاده از عناصر منیزیم یا فسفر است. البته مقدار استفاده از منیزیم و فسفر در فرایند پایدار سازی بسیار حائز اهمیت است. زیرا ممکن است کربنات کلسیم به جای حالت کریستالی، به حالت‌های دیگری همچون دولومیت یا آراگونیت تبدیل شود. از این رو تهیه و تولید کربنات کلسیم کریستال نسبت به سایر انواع کربنات کلسیم مصنوعی از پیچیدگی‌های خاصی برخوردار است.

افزودن برخی از مواد مانند گلیسین، اسیدهای آمینه فسفریک و سیترات نیز پایداری کربنات کلسیم آمورف را افزایش می‌دهد.

روش‌های تولید این نوع از کربنات کلسیم از موضوعات مورد مطالعه در علوم شیمی، زمین‌شناسی، زیست‌شناسی، فیزیک و مهندسی علم مواد است.

برای تولید کربنات کلسیم با میزان تخلخل زیاد اغلب از آهک زنده استفاده می‌شود. به این صورت که اکسید کلسیم در ظرفی ایزوله و حاوی متانول و کربن دی اکسید متراکم قرار داده می‌شود. کربنات کلسیمی که از این طریق تولید می‌شود از تخلخل بالایی برخوردار بوده و تا سه هفته نیز می‌تواند پایدار باقی بماند.

کاربرد کلسیم کربنات کریستال

کاربرد این ماده در زیست پزشکی توجه فزاینده‌ای را به خود جلب کرده است. به دلیل توانایی تنظیم اندازه و مورفولوژی ذرات کربنات کلسیم آمورف، آن‌ها کاربردهای زیادی در سیستم‌های داروسازی دارند. کربنات کلسیم آمورف در صنعت داروسازی به عنوان رقیق کننده، حجیم کننده یا عامل پوشش استفاده می‌شود. این ماده معدنی همچنین در ساخت مکمل‌های کلسیم به کار می‌رود. مکمل‌های کلسیم اغلب برای جلوگیری از پوکی استخوان برای مادران شیرده و سالمندان تجویز می‌شوند.

کربنات کلسیم آمورف در علم مواد نیز دارای کاربردهای ویژه  و منحصر به فردی است. بهبود طراحی و سنتز نانومواد مانند بهبود مواد فتوولتائیک، فوتوکاتالیستی و ترموالکتریک برای کاربردهای انرژی یا بهبود سیمان‌.

سخن آخر

کربنات کلسیم کریستال یکی از انواع کربنات کلسیم و در واقع ناپایدارترین نوع آن است. بسیاری از موجودات زنده از کربنات کلسیم آمورف (ACC) استفاده می‌کنند و پایداری آن را با افزودنی‌های مختلف و آب کنترل می‌کنند. سخت پوستانی از جمله مرجان‌ها و میگوها از این ماده برای بازسازی پوسته خود استفاده می‌کنند. کربنات کلسیم آمورف در صنایع مختلف از جمله داروسازی کاربرد زیادی دارد.

وب سایت الوان پودر مرجع معتبر خرید انواع کربنات کلسیم با کیفیت، از جمله کربنات کلسیم آمورف است.

ساختار کربنات کلسیم کریستال

همانطور که گفتیم ساختار ساختار کربنات کلسیم کریستال بسیار ناپایدار است. بنابراین تثبیت ساختار آن نیازمند به کار بردن روش‌های شیمیایی خاص است.

کربنات کلسیم آمورف (ACC) یک پیش ساز متمایل به فازهای CaCO3 کریستالی است که با تجمع جفت یون‌ها و خوشه‌های پیش هسته ای رسوب می‌کند.

ساختار ACC طیف NMR 43Ca از ACC که بلافاصله پس از سنتز جمع‌آوری می‌شود شامل رزونانس‌های وسیع و بدون خاصیت با خطوط گاوسی (FWHH = 1 ± 27.6 ppm) است که به محتوای Mg2+ یا H2O بستگی ندارد. ساختار کربنات کلسیم آمورف به سادگی به کریستال‌های بلوری تبدیل می‌شود.