Сульфат кальция: свойства, применение и обратная растворимость.

Введение

Применение

Основное применение сульфата кальция – производство гипса и штукатурки. Эти применения основаны на том, что сульфат кальция, измельченный в порошок и подвергнутый прокаливанию, при увлажнении образует пластичную массу, которая затвердевает в виде кристаллического дигидрата сульфата кальция. Также важно, что сульфат кальция плохо растворим в воде и не растворяется легко при контакте с водой после затвердевания.

Реакции гидратации и дегидратации

При умеренном нагревании гипс превращается в частично обезвоженный минерал, называемый бассанитом или строительным гипсом. Этот материал имеет формулу CaSO4·(nH2O), где 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) разрешает его использование в сырах и продуктах на основе сыра; зерновых муках; хлебобулочных изделиях; замороженных десертах; искусственных подсластителях для желе и джемов; маринованных овощах; маринованных помидорах и некоторых конфетах. В системе европейских добавок он известен как E516, а Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) классифицирует его как вещество, повышающее упругость, средство для обработки муки, секвестрант и разрыхлитель. Он применяется в регенерации костной ткани в качестве трансплантата и связующего (или расширителя) для трансплантата, а также в качестве барьера при направленной регенерации костной ткани. Это биосовместимый материал, который полностью рассасывается после имплантации. Он не вызывает значительного иммунного ответа организма и создает богатую кальцием среду в месте имплантации.

Ретроградная растворимость

Растворение различных кристаллических фаз сульфата кальция в воде является экзотермическим и сопровождается выделением тепла (снижение энтальпии: ΔH < 0). Как непосредственное следствие, для протекания реакции растворения необходимо отводить выделяющееся тепло, которое можно рассматривать как продукт реакции. Если систему охлаждают, равновесие растворения смещается вправо в соответствии с принципом Ле Шателье, и сульфат кальция растворяется легче. Таким образом, растворимость сульфата кальция увеличивается при понижении температуры и уменьшается при ее повышении. Если температуру системы повышают, тепло реакции не может рассеяться, и равновесие смещается влево в соответствии с принципом Ле Шателье. Растворимость сульфата кальция снижается с повышением температуры. Это контринтуитивное поведение растворимости называется ретроградной растворимостью. Оно встречается реже, чем для большинства солей, реакция растворения которых эндотермична (то есть реакция поглощает тепло: увеличение энтальпии: ΔH > 0) и растворимость которых увеличивается с температурой. Другое соединение кальция, гидроксид кальция (Ca(OH)2, портландит), также проявляет ретроградную растворимость по той же термодинамической причине: поскольку его реакция растворения также экзотермична и сопровождается выделением тепла. Следовательно, для растворения максимального количества сульфата кальция или гидроксида кальция в воде необходимо охлаждать раствор до температуры, близкой к точке замерзания, а не повышать его температуру. Ретроградная растворимость сульфата кальция также является причиной его осаждения в самой горячей зоне систем отопления и его участия в образовании накипи в котлах вместе с осаждением карбоната кальция, растворимость которого также уменьшается при удалении CO2 из горячей воды или при его выходе из системы.

На планете Марс

Результаты исследований, полученные марсоходом Opportunity на планете Марс в 2011 году, указывают на наличие формы сульфата кальция в жиле на поверхности. Изображения позволяют предположить, что этот минерал – гипс.