CARBONATE DE CALCIUM: STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, FORMATION, UTILISATIONS - CHIMIE - 2025

Le carbonate de calcium est un composé inorganique dont la formule chimique est CaCO ₃. On le trouve principalement dans les minéraux tels que la calcite et l'aragonite. Il constitue également du calcaire, une roche sédimentaire dans laquelle est présente la calcite minérale.

Cet important carbonate métallique est obtenu industriellement au moyen de l'extraction et du broyage des minéraux qui le contiennent; le marbre est principalement utilisé à cet effet. Un autre procédé réside dans l'utilisation d'oxyde de calcium, qui est converti en hydroxyde de calcium, précipitant le carbonate de calcium à partir de celui-ci en ajoutant du dioxyde de carbone. De cette manière, des cristaux d'une large gamme de tailles sont obtenus.

La coquille des escargots est composée principalement de carbonate de calcium. Source: Pixabay.

Les coquilles de palourdes, les coquilles d'œufs et les coquilles d'huîtres dans lesquelles il est présent peuvent également être utilisées pour la production industrielle de CaCO ₃ à petite échelle.

Le carbonate de calcium présent dans le calcaire est dissous par le dioxyde de carbone dans l'eau, générant du bicarbonate de calcium. Cette action peut provoquer des cavernes et est une cause d'alcalinisation de l'eau; événement d'une grande importance dans le maintien de la vie en lui.

Il a été utilisé dans la construction et l'élaboration de sculptures; des exemples en sont le Parthénon à Athènes, la cathédrale de Cracovie et la sculpture d'Abraham Lincoln à Washington. Cependant, sa sensibilité aux pluies acides a diminué son utilisation dans la construction.

Le carbonate de calcium a eu de multiples applications dans l'industrie en tant que matériau de remplissage en plastique et en papier. En médecine, il a été utilisé pour contrôler l'acidité gastrique; comme complément alimentaire de calcium; pour contrôler la phosphatémie chez les patients atteints d'insuffisance rénale chronique, etc.

Structure

Structure cristalline CaCO3 représentée avec un modèle de remplissage spatial. Source: CCoil

La formule du carbonate de calcium, CaCO ₃, indique que le rapport des ^ions Ca ^{2+ aux} ions CO ₃ ^2- est de 1: 1; c'est-à-dire que pour chaque Ca ²⁺ il y a un CO ₃ ^2- homologue qui interagit électrostatiquement avec lui. Ainsi, la liaison ionique finit par disposer ces ions pour former des motifs structurels qui définissent un cristal.

L'image du haut montre la structure du CaCO ₃. Les sphères vertes correspondent aux cations Ca ²⁺ et les sphères rouges et noires aux anions CO ₃ ^2-. À noter que la structure semble être composée de plusieurs couches: l'une de calcium et l'autre de carbonate; ce qui signifie qu'il se cristallise en une structure hexagonale compacte.

Cette phase hexagonale (β-CaCO ₃) correspond à un polymorphe. Il y en a deux autres: orthorhombique (λ-CaCO ₃) et un hexagonal encore plus dense (μ-CaCO ₃). L'image ci-dessous permet de mieux visualiser l'hexagone heureux:

Structure hexagonale de calcite. Materialscientist sur Wikipedia anglais

Cependant, en fonction de la température (et pour ce sel dans une moindre mesure la pression) les ions dans leurs vibrations se réadaptent à d'autres structures; ce sont les polymorphes déjà mentionnés (β, λ et μ).

Comme ils sonnent, ils ne sont pas très connus, à moins qu'ils ne soient mentionnés avec leurs noms minéralogiques dans une prochaine section.

Dureté des protéines

Les cristaux de CaCO ₃ ne sont pas seuls: ils peuvent héberger des impuretés comme d'autres cations métalliques qui les colorent; ou des protéines, incorporant une matrice organique qui contribue d'une certaine manière à sa dureté naturelle.

Les protéines réduisent la tension que subissent les cristaux les uns contre les autres sous pression ou impact. Comment? Lorsqu'il est pris en sandwich entre les vitres, agissant comme s'il s'agissait d'un "tampon" (similaire à l'ensemble brique-ciment-brique).

C'est pourquoi ce composé ou minéral est biocompatible, et il n'est pas surprenant qu'il fasse partie des ongles, coquillages, coquillages ou os des hérissons. Il a été une source d'inspiration pour ceux qui se consacrent au développement de nouveaux matériaux.

Propriétés

Autres noms

-Aragonite

-Calcite

-Volterito

-Lait de calcium

-Tableau blanc

-Marbre

Masse molaire

100,086 g / mol.

Description physique

Poudre blanche inodore.

Goût

Craie, insipide.

Points de fusion et d'ébullition

Il se décompose car il libère du CO ₂ avant même de fondre ou de bouillir.

Solubilité

Pratiquement insoluble dans l'eau et l'alcool. Il se dissout de manière effervescente dans les acides acétique et chlorhydrique dilués. Les hydroxydes réduisent cependant sa solubilité. Pendant ce temps, les sels d'ammonium et le dioxyde de carbone augmentent la solubilité du carbonate de calcium dans l'eau.

Densité

2,7 à 2,95 g / cm ³.

Décomposition

Dans la région de 825 ° C, il se décompose en oxyde de calcium (chaux) et de dioxyde de carbone (CO ₂).

pH

8 à 9

Indice de réfraction

-1,7216 à 300 nm et 1,6584 à 589 nm (calcite).

-1,5145 à 300 nm et 1,4864 à 589 nm (aragonite).

Incompatibilités

Avec des acides, des sels d'alun et d'ammonium.

Enthalpie de fusion

36 kJ / mol à 800 ° C (calcite).

Constante de produit de solubilité

3,36 · 10 ^-9 à 25 ° C

Dureté

-3,0 (calcite)

-3,5 - 4,0 (aragonite) sur l'échelle de Mohs.

Transitions de phase

L'aragonite est métastable et se transforme de manière irréversible en calcite lorsqu'elle est chauffée à l'air sec à 400 ° C.

Réactivité

Le carbonate de calcium réagit avec les acides, libérant du dioxyde de carbone, du calcium ionique et de l'eau.

Le carbonate de calcium se combine avec de l'eau saturée en dioxyde de carbone, équivalent à l'acide carbonique (H ₂ CO ₃), pour former du bicarbonate de calcium.

Formation

La craie, le marbre et le calcaire, les deux premiers minéraux et un matériau rocheux le troisième, contiennent du carbonate de calcium et sont d'origine sédimentaire, on pense qu'ils ont été formés par la sédimentation d'escargots sur des millions d'années.

Le pH pourrait être le facteur le plus important dans la formation de polymorphes à une température de 24 ° C. La vatérite est le produit principal dans une gamme de pH entre 8,5 et 10; l'aragonite est à pH 11; et calcite à pH> 12.

De plus, de nombreuses algues d'eau douce sont connues pour former des cristaux de calcite lorsqu'elles sont cultivées dans un environnement saturé de calcium. De plus, les microalgues sont capables de provoquer la précipitation du carbonate de calcium.

Formes de carbonate de calcium

Les images ci-dessous montrent les trois principales formes ou polymorphes du carbonate de calcium:

Cristal de calcite. Source: Parent Géry

Cristal d'aragonite. Source: Battistini Riccardo

Cristaux de vaterite. Source: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

De haut en bas se trouvent les polymorphes calcite, aragonite et vatérite. Notez au premier coup d'œil la différence entre la morphologie de ses cristaux (la couleur est typique de ses origines et les caractéristiques de son environnement).

La vaterite est plus opaque que la calcite, cette dernière devenant même totalement transparente (longeron islandais) et a donc été utilisée dans des applications de bijouterie et d'optique. Pendant ce temps, les cristaux d'aragonite ressemblent à de petits monolithes allongés.

Si des échantillons de ces trois polymorphes sont observés au microscope électronique, leurs cristaux (avec des tons grisâtres du fait que la technique ne permet pas de résolution des couleurs), on retrouverait les mêmes morphologies que dans les échelles macroscopiques; c'est-à-dire à l'œil nu.

Parmi ces trois polymorphes, la calcite est la plus abondante et la plus stable, suivie de l'aragonite, et enfin de la vatérite, la plus rare des formes de CaCO ₃

Applications

Industriel

Le carbonate de calcium augmente la résistance à la torsion et à la traction du caoutchouc synthétique et naturel, en maintenant sa flexibilité. Il est utilisé dans l'industrie de la construction comme ingrédient dans le ciment et comme matière première pour la chaux. Son utilisation a été diminuée car elle est endommagée par les pluies acides.

Le carbonate de calcium est utilisé dans la purification du fer. Sous forme de chaux, il élimine le dioxyde de soufre présent dans le métal. Il est utilisé dans la purification du sucre des betteraves. Il était autrefois utilisé comme craie pour tableau noir, mais a été remplacé par du plâtre pour cette application.

Le carbonate de calcium est mélangé avec le mastic utilisé dans l'installation du verre. Le sol est utilisé comme matériau de remplissage dans le film microporeux utilisé dans les couches. Il est également utilisé comme matériau de remplissage dans les plastiques tels que le PVC. De plus, cela augmente la résistance du plastique.

Le carbonate de calcium est utilisé pour augmenter la capacité de recouvrement des peintures. Il est utilisé comme matériau de remplissage pour le papier car il est moins cher que la fibre de bois et peut représenter plus de 10% du papier.

Médecins

Il est utilisé comme antiacide pour lutter contre l'hyperacidité gastrique et soulager l'indigestion. Il est utilisé comme complément alimentaire de calcium et dans le traitement et la prévention de l'ostéoporose. Il est utilisé dans le traitement de l'hyperphosphatémie chez les patients atteints d'insuffisance rénale chronique.

Il a été utilisé pour réduire les effets indésirables des inhibiteurs de protéase utilisés dans le traitement du VIH, une réduction de la diarrhée étant observée chez les patients.

Il produit une diminution de la pression artérielle chez les femmes enceintes souffrant d'hypertension et de prééclampsie, car les deux pourraient être associés à une demande accrue de calcium en raison de la présence fœtale.

Autres

Le carbonate de calcium est utilisé en agriculture comme engrais et pour lutter contre l'acidité du sol. Il est utilisé comme conservateur, conservateur de couleur et raffermissement des aliments.

De plus, c'est un ingrédient du dentifrice, et sert d'abrasif sous forme de poudre pour le nettoyage et le lavage.

Références

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