Canxi hydroxit (CaOH2) và axit cacbonic (H2CO3) là hai hợp chất hóa học quan trọng có liên quan mật thiết đến sự hình thành và biến đổi của đá vôi, cũng như nhiều ứng dụng khác trong đời sống và công nghiệp. Đá vôi chủ yếu cấu thành từ canxi cacbonat (CaCO3), một khoáng chất quan trọng trong tự nhiên.
Các Dạng Khoáng Vật Của Canxi Cacbonat
Thành phần khoáng chất chính của đá vôi là canxi cacbonat ở dạng tinh thể, được gọi là canxit. Mặc dù tinh thể canxit thuộc hệ tinh thể ba phương, nhưng có rất nhiều hình dạng tinh thể khác nhau được tìm thấy.
Lưỡng Chiết Của Tinh Thể Canxit
Tinh thể canxit đơn lẻ thể hiện tính chất quang học gọi là lưỡng chiết (khúc xạ kép). Hiện tượng lưỡng chiết mạnh này làm cho các vật thể nhìn qua một miếng canxit trong suốt có vẻ bị nhân đôi.
Một dạng khoáng chất khác của canxi cacbonat là aragonit. Cấu trúc mạng tinh thể của nó khác với canxit, dẫn đến hình dạng tinh thể khác – một hệ trực thoi với các tinh thể hình kim.
Tinh Thể Aragonit
Aragonit là một trong hai dạng tinh thể chính của canxi cacbonat. Mạng tinh thể là một hệ trực thoi tạo ra các tinh thể hình kim.
Độ Hòa Tan Của Canxi Cacbonat
Canxi cacbonat có độ hòa tan rất thấp trong nước tinh khiết (15 mg/L ở 25°C), nhưng trong nước mưa bão hòa cacbon đioxit, độ hòa tan của nó tăng lên do sự hình thành của canxi bicacbonat dễ hòa tan hơn. Canxi cacbonat khác thường ở chỗ độ hòa tan của nó tăng lên khi nhiệt độ của nước giảm xuống.
Độ hòa tan tăng lên của canxi cacbonat trong nước mưa bão hòa cacbon đioxit là động lực thúc đẩy sự xói mòn của đá vôi, dẫn đến sự hình thành các hang động, nhũ đá và măng đá trong thời gian dài. Nước mưa có tính axit yếu, và khi nó tiếp xúc với đá vôi, một số canxi cacbonat phản ứng để tạo thành dung dịch canxi bicacbonat.
| CaCO3(r) | + | CO2(k) | + | H2O(l) | → | Ca(HCO3)2(dd) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Theo thời gian dài, tác động liên tục của nước mưa hòa tan một phần đá vôi, tạo ra các hang động ngầm. Sự hình thành nhũ đá và măng đá thực chất là sự đảo ngược của quá trình hòa tan này, trong đó nước giàu bicacbonat nhỏ giọt từ trần hang động bốc hơi một phần, để lại cặn canxi cacbonat. | ||||||
| Ca(HCO3)2(dd) | → | CaCO3(r) | + | CO2(k) | + | H2O(l) |
Sự Hình Thành Măng Đá Và Nhũ Đá
Sơ đồ hang động cho thấy sự hình thành của măng đá và nhũ đá.
Phân Hủy Nhiệt
Khi đun nóng trên 840°C, canxi cacbonat phân hủy, giải phóng khí cacbon đioxit và để lại canxi oxit – một chất rắn màu trắng.
| CaCO3(r) | → | CO2(k) | + | CaO(r) |
|---|
Canxi oxit được gọi là vôi và là một trong 10 hóa chất hàng đầu được sản xuất hàng năm bằng cách phân hủy nhiệt đá vôi.
Sự phân hủy nhiệt của canxi cacbonat thành vôi là một trong những phản ứng hóa học lâu đời nhất được biết đến. Trong hàng ngàn năm, vôi đã được sử dụng trong vữa (hỗn hợp vôi, cát và nước) để gắn kết các viên đá với nhau trong các tòa nhà, tường và đường xá. Quá trình đông kết của vữa liên quan đến một số phản ứng hóa học.
Đầu tiên, vôi được “tôi” bằng nước để tạo ra canxi hydroxit (vôi tôi).
| CaO(r)vôi | + | H2O(l)nước | → | Ca(OH)2(r)vôi tôi |
|---|
Theo thời gian, chất này phản ứng với cacbon đioxit trong không khí để tạo thành các tinh thể canxi cacbonat, liên kết các hạt cát với nhau để tạo thành một vật liệu cứng như đá.
| Ca(OH)2(r)vôi tôi | + | CO2(k)cacbon đioxit | → | CaCO3(r)canxi cacbonat | + | H2O(l)nước |
|---|
Phản Ứng Với Axit
Giống như tất cả các cacbonat kim loại, canxi cacbonat phản ứng với các dung dịch axit để tạo ra khí cacbon đioxit. Chính phản ứng này là nguyên nhân khiến đá vôi sủi bọt khi axit clohidric loãng được đặt trên bề mặt của nó.
| CaCO3(r) | + | 2HCl(dd) | → | CO2(k) | + | H2O(l) | + | CaCl2(dd) |
|---|
Đá vôi, chủ yếu bao gồm canxi cacbonat, đã được sử dụng trong nông nghiệp hàng thế kỷ. Nó được rải trên các cánh đồng để trung hòa các hợp chất axit trong đất và cung cấp canxi, một chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng. Ngày nay, tùy thuộc vào yêu cầu của đất, các lựa chọn có sẵn cho nông dân là:
- vôi – CaO
- vôi tôi – Ca(OH)2
- đá vôi canxit tinh khiết nghiền nát – CaCO3
- đá vôi dolomit – CaMg(CO3)2
Trong y học, thuốc kháng axit chứa một lượng nhỏ canxi cacbonat được sử dụng trong điều trị “dạ dày axit”. Phản ứng hóa học xảy ra liên quan đến việc trung hòa axit dư thừa bằng canxi cacbonat. Các nhãn hiệu như Quick-Eze và TUMS có canxi cacbonat là thành phần “hoạt tính”.
| CaCO3(r)thuốc kháng axit | + | 2HCl(dd)axit dạ dày | → | CO2(k)+ | → | H2O(l) | + | CaCl2(dd) |
|---|
