Síran vápenatý - Calcium sulfate

Síran vápenatý
Síran vápenatý bezvodý
Hemihydrát síranu vápenatého
Jména
Ostatní jména
Identifikátory
3D model ( JSmol )
ČEBI
CHEMBL
ChemSpider
DrugBank
Informační karta ECHA 100,029 000 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
E číslo E516 (regulátory kyselosti, ...)
7487
KEGG
Číslo RTECS
UNII
  • InChI = 1S/Ca.H2O4S/c; 1-5 (2,3) 4/h; (H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2 šekY
    Klíč: OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L šekY
  • InChI = 1/Ca.H2O4S/c; 1-5 (2,3) 4/h; (H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2
    Klíč: OSGAYBCDTDRGGQ-NUQVWONBAU
  • [Ca+2]. [O-] S ([0-]) (= O) = O
Vlastnosti
CaSO 4
Molární hmotnost 136,14 g/mol (bezvodý)
145,15 g/mol (hemihydrát)
172,172 g/mol (dihydrát)
Vzhled bílá pevná látka
Zápach bez zápachu
Hustota 2,96 g/cm 3 (bezvodý)
2,32 g/cm 3 (dihydrát)
Bod tání 1460 ° C (2660 ° F; 1730 K) (bezvodý)
0,26 g/100 ml při 25 ° C (dihydrát)
4,93 × 10 −5 mol 2 L −2 (bezvodý)
3,14 × 10 −5 (dihydrát)
Rozpustnost v glycerolu mírně rozpustný (dihydrát)
Kyselost (p K a ) 10,4 (bezvodý)
7,3 (dihydrát)
-49,7 · 10 −6 cm 3 /mol
Struktura
ortorombický
Termochemie
107 J · mol −1 · K −1
Standardní entalpie
tvorby
f H 298 )
-1433 kJ/mol
Nebezpečí
Bezpečnostní list Viz: datová stránka
ICSC 1589
NFPA 704 (ohnivý diamant)
1
0
0
Bod vzplanutí Nehořlavé
NIOSH (limity expozice USA pro zdraví):
PEL (přípustné)
TWA 15 mg/m 3 (celkem) TWA 5 mg/m 3 (resp.) [Pouze pro bezvodou formu]
REL (doporučeno)
PEL 10 mg/m 3 (celkem) PEL 5 mg/m 3 (resp.) [Pouze bezvodý]
IDLH (bezprostřední nebezpečí)
ND
Související sloučeniny
Jiné kationty
Síran hořečnatý Síran
strontnatý Síran
barnatý
Související vysoušedla
Chlorid vápenatý
Síran hořečnatý
Související sloučeniny
Sádra z pařížské
sádry
Stránka doplňkových údajů
Index lomu ( n ),
dielektrická konstantar ) atd.
Termodynamická
data
Fázové chování
pevná látka – kapalina – plyn
UV , IR , NMR , MS
Pokud není uvedeno jinak, jsou údaje uvedeny pro materiály ve standardním stavu (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N. ověřit  ( co je to   ?) šekY☒N.
Reference na infobox

Síran vápenatý (nebo síranu vápenatého ) je anorganická sloučenina se vzorcem CaSO 4 a souvisejících hydráty . Ve formě y- anhydritu ( bezvodá forma) se používá jako vysoušedlo . Jeden konkrétní hydrát je lépe známý jako sádra v Paříži a další se přirozeně vyskytuje jako minerální sádra . V průmyslu má mnoho využití. Všechny formy jsou bílé pevné látky, které jsou ve vodě špatně rozpustné. Síran vápenatý způsobuje ve vodě trvalou tvrdost.

Hydratační stavy a krystalografické struktury

Sloučenina existuje ve třech úrovních hydratace, které odpovídají různým krystalografickým strukturám a různým minerálům v přírodě:

  • CaSO 4 ( anhydrit ): bezvodý stav.
  • CaSO 4 · 2 H 2 O ( sádra a selenit (minerální) ): dihydrát.
  • CaSO 4 · 1 / 2 H 2 O ( bassanit ): hemihydrát, také známý jako sádra z Paříže . Někdy se rozlišují specifické hemihydráty: α-hemihydrát a β-hemihydrát.

Využití

Hlavní použití síranu vápenatého je k výrobě sádry a štuku . Tyto aplikace využívají skutečnosti, že síran vápenatý, který byl práškovaný a kalcinován, vytváří hydratací tvarovatelnou pastu a tvrdne jako krystalický dihydrát síranu vápenatého. Je také vhodné, aby byl síran vápenatý ve vodě špatně rozpustný a nerozpustil se snadno ve styku s vodou po jeho ztuhnutí.

Hydratační a dehydratační reakce

S rozumným zahříváním se sádra přeměňuje na částečně dehydrovaný minerál zvaný basanit nebo sádra v Paříži . Tento materiál má vzorec CaSO 4 · ( n H 2 O), kde 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Teploty mezi 100 a 150 ° C (212–302 ° F) jsou nutné k odvedení vody v její struktuře. Podrobnosti o teplotě a čase závisí na okolní vlhkosti. V průmyslové kalcinaci se používají teploty až 170 ° C (338 ° F), ale při těchto teplotách se začíná tvořit y-anhydrit. Tepelná energie dodávaná do sádry v tomto okamžiku (teplo hydratace) má tendenci jít spíše pryč z vody (jako vodní pára), než aby zvyšovala teplotu minerálu, který pomalu stoupá, dokud voda nezmizí, a poté se zvyšuje rychleji . Rovnice pro částečnou dehydrataci je:

CaSO 4 · 2 H 2 O → CaSO 4 · 1/2H 2 O + 1+1/2H 2 O ↑

Endothermic vlastnost této reakce je důležité pro plnění sádrokartonu , udělující požární odolnost obytných a jiných staveb. V ohni, struktura za listem sádrokartonu zůstávají relativně chladné, jak se ztrácí voda ze sádry, čímž se zabrání (nebo v podstatě zpomalovací) poškození rámování (prostřednictvím spalování ze dřeva členů nebo ztrátě pevnosti oceli při vysokých teplotách) a následný strukturální kolaps. Při vyšších teplotách však síran vápenatý uvolňuje kyslík a působí jako oxidační činidlo . Tato vlastnost se používá v aluminotermii . Na rozdíl od většiny minerálů, které po rehydrataci jednoduše vytvoří tekuté nebo polotekuté pasty nebo zůstanou práškové, má kalcinovaná sádra neobvyklou vlastnost: když se smíchá s vodou při normálních (okolních) teplotách, rychle se chemicky vrátí k preferované formě dihydrátu, při fyzickém „nastavení“ k vytvoření tuhé a relativně silné sádrové krystalové mřížky:

CaSO 4 ·1/2H 2 O + 1+1/2H 2 O → CaSO 4 · 2 H 2 O

Tato reakce je exotermická a je zodpovědná za snadnost odlévání sádry do různých tvarů včetně listů (pro sádrokarton ), tyčinek (pro tabuli) a forem (pro znehybnění zlomených kostí nebo odlévání kovů). Ve směsi s polymery byl použit jako cement pro opravu kostí. Malé množství kalcinované sádry se přidává k Zemi, aby se vytvořily silné struktury přímo z lité zeminy , což je alternativa k adobe (která za mokra ztrácí pevnost). Podmínky dehydratace lze změnit, aby se upravila pórovitost hemihydrátu, což vede k takzvaným a- a p-hemihydrátům (které jsou víceméně chemicky identické).

Při zahřátí na 180 ° C (356 ° F), je téměř bezvodé formy, tzv γ-anhydrit (CaSO 4 · n H 2 O, kde n = 0 až 0,05) je produkován. γ-Anhydrit reaguje pomalu s vodou a vrací se do dihydrátového stavu, což je vlastnost využívaná v některých komerčních vysoušedlech . Při zahřívání nad 250 ° C vzniká zcela bezvodá forma zvaná β-anhydrit nebo „přírodní“ anhydrit . Přírodní anhydrit nereaguje s vodou, a to ani v geologických časových intervalech, pokud není velmi jemně mletý.

Variabilní složení hemihydrátu a y-anhydritu a jejich snadná interkonverze je dána jejich téměř identickými krystalovými strukturami obsahujícími „kanály“, které pojmou různá množství vody nebo jiných malých molekul, jako je methanol .

Potravinářský průmysl

Hydráty síranu vápenatého se používají jako koagulant v produktech, jako je tofu .

Pro FDA je povolen v sýrech a souvisejících sýrových výrobcích; Cereální mouky; Pekařské výrobky; Mražené dezerty; Umělá sladidla pro želé a konzervy; Kořenící zelenina; a Kořenící rajčata a nějaké bonbóny.

V číselné řadě E je známá jako E516 a FAO OSN ji zná jako zpevňující prostředek, prostředek na úpravu mouky, sekvestrant a kypřící prostředek.

Zubní lékařství

Síran vápenatý má v zubním lékařství dlouhou historii. Byl použit při regeneraci kostí jako štěpový materiál a pojivo/prodlužovač štěpu a jako bariéra při regeneraci řízené tkáně. Je to neobvykle biokompatibilní materiál a po implantaci je zcela resorbován. Nevyvolává významnou reakci hostitele a v oblasti implantace vytváří prostředí bohaté na vápník.

Jiné použití

Drierit

Když se prodává v bezvodém stavu jako vysoušedlo s barvou indikujícím činidlem pod názvem Drierite , jeví se modrá (bezvodá) nebo růžová (hydratovaná) díky impregnaci chloridem kobaltnatým , který funguje jako indikátor vlhkosti.

Až do 70. let 20. století bylo v Whitehavenu ( Cumbria , Spojené království) vyráběno komerční množství kyseliny sírové z bezvodého síranu vápenatého. Po smíchání s břidlicí nebo opukou a pražení síran uvolňuje plynný oxid siřičitý , předchůdce výroby kyseliny sírové , reakcí také vzniká křemičitan vápenatý , minerální fáze nezbytná při výrobě cementového slínku .

CaSO 4 + SiO 2 → CaSiO 3 + SO 3

Výroba a výskyt

Hlavními zdroji síranu vápenatého jsou přirozeně se vyskytující sádra a anhydrit , které se vyskytují na mnoha místech po celém světě jako vapority . Ty mohou být extrahovány povrchovým dobýváním nebo hlubinnou těžbou. Světová produkce přírodního sádry se pohybuje kolem 127 milionů tun ročně.

Kromě přírodních zdrojů se síran vápenatý vyrábí jako vedlejší produkt v řadě procesů:

Tyto srážecí procesy mají tendenci koncentrovat radioaktivní prvky v produktu síranu vápenatého. Tento problém je specifický u vedlejšího produktu fosfátu, protože fosfátové rudy přirozeně obsahují uran a produkty jeho rozpadu, jako je radium-226 , olovo-210 a polonium-210 .

Síran vápenatý je také běžnou součástí usazujících se usazenin v průmyslových výměnících tepla, protože jeho rozpustnost klesá s rostoucí teplotou (viz konkrétní část o retrográdní rozpustnosti).

Retrográdní rozpustnost

Rozpouštění různých krystalických fází síranu vápenatého ve vodě je exotermické a uvolňuje teplo (pokles v entalpii : ΔH <0). Bezprostředně v důsledku toho musí disoluční reakce evakuovat toto teplo, které lze považovat za produkt reakce. Pokud je systém ochlazen, rovnovážná rozpustnost se bude vyvíjet doprava podle Le Chatelierova principu a síran vápenatý se rozpustí snadněji. Rozpustnost síranu vápenatého se tedy zvyšuje s poklesem teploty a naopak. Pokud se teplota systému zvýší, reakční teplo se nemůže rozptýlit a rovnováha se vrátí zpět doleva podle Le Chatelierova principu. Rozpustnost síranu vápenatého klesá s rostoucí teplotou. Toto protiintuitivní chování rozpustnosti se nazývá retrográdní rozpustnost. Je méně obvyklý než u většiny solí, jejichž rozpouštěcí reakce je endotermická (tj. Reakce spotřebovává teplo: zvýšení v entalpii : ΔH> 0) a jejíž rozpustnost se zvyšuje s teplotou. Další sloučenina vápníku, hydroxid vápenatý (Ca (OH) 2 , portlandit ) také vykazuje retrográdní rozpustnost ze stejného termodynamického důvodu: protože jeho disoluční reakce je také exotermická a uvolňuje teplo. Aby se rozpustilo maximální množství síranu vápenatého nebo hydroxidu vápenatého ve vodě, je nutné místo zvýšení teploty roztok ochladit blízko bodu mrazu.

Teplotní závislost rozpustnosti síranu vápenatého (3 fáze) v čisté vodě.

Retrográdní rozpustnost síranu vápenatého je také zodpovědná za jeho srážení v nejteplejší zóně topných systémů a za jeho podíl na tvorbě vodního kamene v kotlích spolu se srážením uhličitanu vápenatého, jehož rozpustnost také klesá, když CO 2 odplyňuje z horké vody nebo může uniknout ze systému.

Na planetě Mars

Zjištění roveru Opportunity z roku 2011 na planetě Mars ukazuje formu síranu vápenatého v žíle na povrchu. Obrázky naznačují, že minerálem je sádra .

Viz také

Reference

externí odkazy