حلال کربنات کلسیم

حلال کربنات کلسیم موضوعی است که در این مقاله درباره آن صحبت خواهیم کرد. کربنات کلسیم جزء معدنی اصلی سنگ آهک است. در حقیقت جزء معدنی اصلی سنگ آهک شکل کریستالی کربنات کلسیم است که به کلسیت معروف است. اگرچه بلورهای کلسیت متعلق به سیستم بلورهای مثلثی هستند، اما ذرات کربنات کلسیم در طیف گسترده‌ای از اشکال کریستال یافت می‌شود. تک بلورهای کلسیت یک ویژگی نوری به نام انکسار دوگانه (شکست مضاعف) را نمایش می‌دهند. این دوشکستگی قوی باعث می‌شود که اجسامی که از طریق یک تکه شفاف کلسیت مشاهده می‌شوند، دو برابر به نظر برسند. کربنات کلسیم حلالیت بسیار کمی در آب خالص دارد (15 میلی گرم در لیتر در دمای 25 درجه سانتی گراد). اما در آب باران اشباع شده با دی اکسید کربن، به دلیل تشکیل بی کربنات کلسیم، حلالیت آن افزایش می‌یابد. مطالعه حلالیت دی اکسید کربن در آب باران برای درک تغییرات آب و هوایی مهم است. CO2 انسانی جذب شده توسط اقیانوس ها غلظت یون هیدروژن (H+) و در نتیجه اسیدی شدن آن را افزایش می‌دهد.

افزایش حلالیت کربنات کلسیم در آب باران اشباع شده با دی اکسید کربن، نیروی محرکه در پس فرسایش سنگ‌های آهکی است. این پدیده منجر به تشکیل غارها، استالاگمیت‌ها و استالاکتیت‌ها در دوره‌های زمانی طولانی می‌شود. آب باران اسیدی ضعیفی دارد. هنگامی که با سنگ آهک برخورد می‌کند، مقداری از کربنات کلسیم واکنش داده و محلولی از بی کربنات کلسیم را تشکیل می‌دهد. تشکیل استالاکتیت‌ها و استالاگمیت‌ها در واقع معکوس کردن این فرآیند انحلال است.

حل کربنات کلسیم در اسیدها

حل کربنات کلسیم در اسیدها بر خلاف آب به سادگی امکان پذیر است. کربنات کلسیم نیز مانند سایر کربنات‌های فلزی، با اسیدها واکنش نشان می‌دهد. در نتیجه واکنش کربنات کلسیم با اسیدها گاز دی اکسید کربن تولید می‌شود. اسیدها را می‌توان به سه دسته قوی(مانند HCL)، متوسط ( مانند H3NSO3) و ضعیف( مانند C2H4O2) تقسیم کرد. هر چه غلظت اسید بیشتر باشد و قدرت بیشتری داشته باشد میزان بیشتری کربنات کلسیم را در خود حل خواهد کرد. برخی از مهم‌ترین واکنش‌های کربنات کلسیم با اسیدها عبارتند از:

• واکنش کربنات کلسیم با اسید سولفوریک: اسید سولفوریک یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین اسیدها در صنایع است.
• واکنش کربنات کلسیم با سرکه: سرکه یک اسید خوراکی است. واکنش کربنات کلسیم با سرکه از لحاظ کاربرد آن در محصولات خوراکی به عنوان ماده نگهدارنده حائز اهمیت است.
• واکنش کربنات کلسیم با اسید معده: واکنش کربنات کلسیم با اسید معده یا هیدروکلریک اسید از منظر سلامت انسان اهمیت زیادی دارد. از این واکنش به عنوان یک درمان رایج برای رفلاکس معده استفاده می‌شود. از این کربنات کلسیم خوراکی یکی از مواد اولیه اصلی در تولید داروی معده است.
• واکنش کربنات کلسیم با نیتریک اسید: نیتریک اسید دیگر حلال کربنات کلسیم است. واکنش این دو ماده در اتمسفر یا جو کره زمین دارای اهمیت است.

علت حل شدن کربنات کلسیم در آب

کربنات کلسیم یک ترکیب یونی قوی است. نیروی جذب الکترواستاتیکی بسیار بالایی دارد. به همین دلیل اتم‌ها بسیار محکم به هم چسبیده‌اند. این جاذبه‌ها آنقدر قوی هستند که از هم گسستن پیوندها دشوار می‌شود. به همین علت حل شدن کربنات کلسیم در آب به سختی انجام می‌شود: پیوندهای بسیار قوی بین اتم‌های کربنات کلسیم در آب شکسته نمی‌شوند. علاوه بر این، یونیزاسیون کربنات کلسیم در آب انجام نمی‌شود. بنابراین کربنات کلسیم در آب نامحلول است. مگر تحت شرایط خاص! برای مثال در صورتی که مقداری اسید در آب وجود داشته باشد کربنات کلسیم به سادگی در آن حل می‌شود. از این رو حلالیت مولی کربنات کلسیم در آب با افزودن سولفات هیدروژن سدیم افزایش می‌یابد.

علاوه بر این میزان حلالیت کربنات کلسیم در آب به صورت مستقیم به مقدار فشار گاز دی اکسید کربن در حین انجام فرایند بستگی دارد. در حقیقت آب حلال کربنات کلسیم نیست. اما با افزایش فشار کربن‌دی‌‌اکسید یا افزودن مقداری اسید به آب می‌توان کربنات کلسیم را در آن حل کرد. در طبیعت نیز به این علت که آب خالص نیست و حاوی عناصر معدنی متنوع است می‌تواند کربنات کلسیم را در خود حل کند. در شهرک‌های صنعتی و کلان شهرها نیز به علت وجود گاز دی اکسید کربن و اسید در هوا حلالیت کربنات کلسیم در آب افزایش می‌یابد‌.

حلال کربنات کلسیم خانگی

حل شدن آب حتی به میزان اندک در آب موجود در لوله‌های آب، کتری و کولر آبی منجر به رسوب کلسیم در آن‌ها می‌شود. در این بخش چند حلال کربنات کلسیم خانگی

را معرفی می‌کنیم که با کمک آن‌ها می‌توان از شر رسوبات کلسیم خلاص شد:

• سرکه: سرکه یک اسید خوراکی است که تقریبا در هر آشپزخانه پیدا می‌شود. می‌توان از سرکه برای پاک کردن رسوبات روی شیرآلات و کتری استفاده کرد. سرکه یک اسید است و بنابراین به خوبی کربنات کلسیم را در خود حل می‌کند.
• اسید استیک: اسید استیک یک اسید نسبتا ضعیف است. از این رو نگهداری آن در منزل به صورت ایمن مشکلی ایجاد نمی‌کند. می‌توان از استیک اسید برای شستن رسوبات کتری و اتو استفاده کرد. استیک اسید حلال نسبتا خوبی برای کربنات کلسیم به شمار می‌رود.

حلال کربنات کلسیم استخر

آب استخر خالص نیست و مواد گوناگونی در آن حل می‌شود. وجود ترکیبات آلی در آب استخر باعث می‌شود که آب استخر حلال کربنات کلسیم باشد.  بنابراین از اسیدهایی استفاده می‌شود تا به عنوان  حلال کربنات کلسیم استخر عمل کنند. زیرا وجود کربنات کلسیم در آب استخر می‌تواند منجر به خرابی دستگاه‌های تصفیه و فیلترهای موجود در تاسیسات استخر شود. غیر از اسیدهایی که برای حل کردن کربنات کلسیم استفاده می‌شود، یک سری مواد قلیایی نیز برای تنظیم PH آب استخر به کار گرفته می‌شود. از جمله سود مایع، کلر و جوش شیرین.