Сульфат кальцію

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Сульфат кальцію
Síran vápenatý.PNG
Calcium sulfate.svg
Назва за IUPAC кальцій сульфат
Ідентифікатори
Номер CAS 7778-18-9
Властивості
Молекулярна формула CaSO4
Молярна маса 136,142 г/моль
Зовнішній вигляд білі кристали
Густина 2,96 г/см³
Тпл 1460 °C
Розчинність (вода) 0,205 г/100 г
Структура
Кристалічна структура орторомбічна
Термохімія
Ст. ентальпія
утворення
ΔfHo298
-342,76 ккал/моль
Ст. ентропія So298 25,50 кал/(моль·K)
Теплоємність, cop 23,82 кал/(моль·K)
Пов'язані речовини
Інші аніони сульфід кальцію
Інші катіони сульфат магнію
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Сульфа́т ка́льцію, ка́льцій сульфа́т — неорганічна сполука, кальцієва сіль ряду сульфатів складу CaSO4. Речовина є білими, гігроскопічними кристалами, малорозчинними у воді. Утворює кристалогідрати складу CaSO4·2H2O та CaSO4·0,5H2O.

Сульфат кальцію переважно застосовується у виготовленні будівельних матеріалів, зокрема, в якості компоненту цементів. Також він використовується як осушувач, кальцієвмісна харчова добавка, добриво.

Поширення у природі[ред.ред. код]

Ангідрит (з родовища у Чіуауа, Мексика)

Основна частина сульфат кальцію, розповсюдженого у природі, перебуває у вигляді двох основних мінералів: як ангідрит (CaSO4) та кристалогідрат сульфату — гіпс (CaSO4·2H2O). Дані мінерали лише зрідка трапляють у чистому вигляді, здебільшого вони мають домішки карбонатів кальцію та магнію, оксиду силіцію, невелики вкраплення глин та деяких розчинних солей.

Окрім розповсюдження у земних надрах, за даними НАСА значні поклади гіпсу були знайдені на Марсі (за допомогою марсоходу «Опортюніті».[1]

Іншим розповсюдженим мінералом, що містить CaSO4, є глауберит Na2SO4·CaSO4. Також сульфат кальцію перебуває у морській воді. Так, у воді із середньою солоністю у 35 концентрація CaSO4 складає 0,00115 г/кг. Наявність його у воді визначає її постійну твердість.

Фізичні властивості[ред.ред. код]

Сульфат кальцію є білими, гігроскопічними кристалами. Зволожений, він утворює дигідрат CaSO4·2H2O, який при невеликому нагріванні переходить у гемігідрат CaSO4·0,5H2O (2CaSO4·H2O) — так званий алебастр.

У воді речовина розчиняється слабко (добуток розчинності 4,93⋅10-5)

Розчинність CaSO4 у воді (у відсотках)
0 °C 10 °C 20 °C 25 °C 30 °C 40 °C 50 °C 60 °C 70 °C 80 °C 90 °C 100 °C
0,174 0,191 0,202 0,205 0,208 0,210 0,207 0,201 0,193 0,184 0,173 0,163

Отримання[ред.ред. код]

Синтетичні методи отримання сульфату кальцію здебільшого базуються на добуванні його в якості побічного продукту при переробці мінеральної сировини або використанні у синтезі відходів інших виробництв.

Широко розповсюдженими є методи виробництва CaSO4, які використовують сульфуровмісні гази з переробки викопного палива (вугілля, лігніту, нафти). На першій стадії очищений від пилу оксид сірки(IV), впорскується у суспензію вапняку і за нейтрального pH (7—8) утворюється малорозчинний кристалогідрат сульфіту кальцію:

\mathrm{ 2SO_2 + 2CaCO_3 + H_2O \longrightarrow 2CaSO_3 \cdot H_2O + CO_2 }

Згодом, у підкисленому розчині (pH 5), сульфіт окиснюєтсья атмосферним киснем до сульфату:

\mathrm{ 2CaSO_3 \cdot H_2O + 2O_2 + 6H_2O \longrightarrow CaSO_4 \cdot 2H_2O }

Від отриманого малорозчинного гіпсу промиванням відокремлюють домішки хлоридів, солей магнію та висушують. Кінцевий технічний продукт має менше 10% вологи.

Іншим поширеним способом отримання сульфату кальцію є переробка флуорапатиту, яка є ключовим етапом у багатостадійному синтезі ортофосфатної кислоти:

\mathrm{ Ca_5(PO_4)_3F + 5H_2SO_4 + 10H_2O \rightarrow  5(CaSO_4 \cdot 2H_2O) \downarrow + 3H_3PO_4 + HF}

Кінцевий продукт має вміст вологи близько 20—30%. З однієї тонни вихідного флуорапатиту утворюється близько 1,7 тонн сульфату. За цим методом щороку синтезується 100 млн. тонн сульфату кальцію.

Також сульфат кальцію утворюється при обробці флюориту сульфатною кислотою і добуванні газуватого фтороводню:

\mathrm{ CaF_2 + H_2SO_4 \longrightarrow CaSO_4 + 2HF \uparrow}

З однієї тонни флюориту утворюється 1,75 тонн сульфату кальцію.

Хімічні властивості[ред.ред. код]

Сульфат кальцію активно поглинає вологу, утворюючи дигідрат:

\mathrm{ CaSO_4 + 2H_2O \longrightarrow CaSO_4 \cdot 2H_2O}

При невеликому нагріванні дигідрату утворюється гемігідрат, а при температурах, вищих за 163 °C — знову безводний сульфат:

\mathrm{ 2(CaSO_4 \cdot 2H_2O) \xrightarrow{100-128^oC} \ 2CaSO_4 \cdot H_2O + 3H_2O}
\mathrm{ 2CaSO_4 \cdot H_2O \xrightarrow{163-200^oC} \ 2CaSO_4 + H_2O  }

Він взаємодіє із концентрованою сульфатною кислотою із утворенням кислої солі — гідросульфату кальцію:

\mathrm{ CaSO_4 + H_2SO_{4(conc.)} \longrightarrow Ca(HSO_4)_2 }

Сульфат може вступати в реакції обміну за умови, якщо в результаті взаємодії утворюється нерозчинна сполука:

\mathrm{ CaSO_4 + Na_2CO_3 \longrightarrow CaCO_3 \downarrow + \ Na_2SO_4}

CaSO4 може відновлюватися CO або коксом до сульфіду кальцію:

\mathrm{ CaSO_4 + 4CO \xrightarrow{600-800^oC} \ CaS + 4CO_2 }
\mathrm{ CaSO_4 + 3C \xrightarrow{900^oC} \ CaS + 2CO + CO_2 }

Застосування[ред.ред. код]

Осушувач Drierite (ліворуч — сухий, праворуч — зволожений)

Основною галуззю, яка споживає сульфат кальцію, є будівництво — на виробництво будівельних матеріалів йде близько 90% усього сульфату (переважно у вигляді гідрату — гіпсу), а на виробництво цементу — 50% (сульфат кальцію є важливою добавкою до портландцементу).

Завдяки своїй високій гігроскопічності, сульфат широко використовується в якості осушувача. Наприклад, для осушування газів використовується трубка, наповнена сульфатом кальцію із кількавідсотковою добавкою хлориду кобальту(II) (суміш є зареєстрованою маркою Drierite). При граничному насиченні оcушувача вологою, він змінить колір із блакитного на рожевий, сигналізуючи про необхідність його заміни.

Сульфат кальцію також застосовується у сільському господарстві: для підживлення ґрунтів і підтримування балансу pH. У харчовій промисловості сульфат використовується в якості кальцієвмісної добавки, якою збагачують продукти на кшталт пластівців, як поліпшувач, коагулянт у виробництві тофу. Він є відбілювачем для споживчих продуктів: паперу, морозива, зубної пасти тощо.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. NASA Mars Rover Finds Mineral Vein Deposited by Water. 7.12.2012. Процитовано 6.05.2015.  (англ.)

Джерела[ред.ред. код]

  • CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide. — 86th. — Boca Raton (FL) : CRC Press, 2005. — 2656 p. — ISBN 0-8493-0486-5. (англ.)
  • Patnaik P. Handbook of Inorganic Chemicals. — McGraw-Hill, 2003. — 1086 p. — ISBN 0-07-049439-8. (англ.)
  • Lancia A., Musmarra D., Prisciandaro M. Calcium Sulfate // Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. — 4th. — New York : John Wiley & Sons, 2004. — P. 418-422. — ISBN 978-0-471-48517-9. — DOI:10.1002/0471238961.0301120316052005.a01.pub3. (англ.)
  • Myers Richard L. The 100 Most Important Chemical Compounds. — Westport, CT : Greenwood Press, 2007. — 326 p. — ISBN 978-0-313-33758-1. (англ.)
  • Wirsching F. Calcium Sulfate // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — 6th. — Weinheim : Wiley-VCH, 2005. — DOI:10.1002/14356007.a04_555. (англ.)
  • Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ / Под ред. Р. А. Лидина. — 3-е. — М. : «Химия», 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0. (рос.)