«Палеонтология и карбонат кальция»
Карбонат кальция
Карбонат кальция (углекислый кальций) - неорганическое химическое соединение, соль угольной кислоты и кальция.
Химическая формула - CaCO 3 .
Карбонат кальция в природе
Карбонат кальция основа большинства природных минералов кальция (мел, мрамор, известняк, ракушечник, кальцит, исландский шпат). В чистом виде вещество белого цвета или бесцветные кристаллы. Соединения кальция - известняк, мрамор, гипс (а также известь - продукт обжига известняка) применялись в строительном деле уже несколько тысячелетий назад. Вплоть до конца XVIII века химики считали известь простым веществом. В 1789 году А. Лавуазье предположил, что известь , магнезия, барит, глинозём и кремнезём - вещества сложные.
В естественной миграции кальция существенную роль играет «карбонатное равновесие», связанное с обратимой реакцией взаимодействия карбоната кальция с водой и углекислым газом с образованием растворимого гидрокарбоната:
(равновесие смещается влево или вправо в зависимости от концентрации углекислого газа).
Соединения кальция находятся практически во всех животных и растительных тканях. Значительное количество кальция входит в состав живых организмов. Из карбоната кальция CaCO 3 состоят раковины и панцири многих беспозвоночных, яичная скорлупа и др. В живых тканях человека и животных 1,4-2 % Са (по массовой доле); в теле человека массой 70 кг содержание кальция - около 1,7 кг (в основном в составе межклеточного вещества костной ткани).
Химические свойства карбоната кальция
Карбонат кальция при нагревании разлагается на соответствующий оксид и углекислый газ.
С водой, содержащей растворенный диоксид углерода, карбонат кальция реагирует, образуя растворы гидрокарбонатов:
При нагревании и даже при попытке выделить гидрокарбонат из раствора , удаляя воду при комнатной температуре, он разлагается по обратной реакции:
Ca 2 + + 2HCO 3 - = CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.
Карбонат кальция взаимодействует с кислотами с выделением углекислого газа
Карбонат кальция не растворим в воде и этаноле.
Кальцит, известковый шпат - минерал, одна из природных форм карбоната кальция. Исключительно широко распространён на поверхности Земли, породообразующий минерал. Кальцитом сложены известняки, меловые породы, мергели, карбонатиты. Кальцит - самый распространённый биоминерал: он входит в состав раковин и эндоскелета большинства беспозвоночных, а также покровных структур некоторых одноклеточных организмов.
Название предложено Гайдингером в 1845 году и происходит , как и название химического элемента, от лат. calx (род.п. calcis) - известь.
В чистом виде кальцит белый или бесцветный, прозрачный (исландский шпат) или просвечивающий, - в зависимости от степени совершенства кристаллической структуры. Примеси окрашивают его в разные цвета.
Кальцит относится к тригональной сингонии. Кристаллы очень разнообразны, но чаще ромбоэдрические (острый, основной и тупой ромбоэдры). Кальцит слагает горную породу мрамор, является главной составной частью известняков. Нередко образует псевдоморфозы по органическим остаткам, замещает раковины древних моллюсков и кораллы («окаменелости»).
Известняк
Известняк - осадочная горная порода органического происхождения, состоящая преимущественно из кристаллов кальцита различного размера и образующаяся при участии живых организмов в морских бассейнах.
Известняк, состоящий преимущественно из раковин морских животных и их обломков, называется ракушечником. При метаморфизме известняк перекристаллизуется и образует мрамор.
Название разновидности известняка отражает присутствие в нём остатков породообразующих организмов, район распространения , структуру (например, оолитовые известняки), примесей (железистые), характер залегания (плитняковые), геологический возраст (триасовые).
Из известняков сложены целые горные цепи в Альпах, широко распространён известняк и в других местах. У известняка нет блеска, он обычно светло-серого цвета, но может быть белым или тёмным, почти чёрным, голубоватым, желтоватым или розовым, в зависимости от состава примесей.
Мрамор
Мрамор (др.-греч. μάρμαρος - «белый или блестящий камень») - метаморфическая горная порода, состоящая только из кальцита , а также органических соединений. Мраморы появляются путем метаморфизма при средних температурах и давлениях из преимущественно карбонатных осадочных пород. При этих условиях очень мелкие зерна карбоната кальция и магния осадочных пород испытывают «бластез» - укрупнение кристаллов.
В мире разведано огромное количество месторождений мрамора. Самые известные - Каррарское в Италии, Паросское и Пенделиконское в Греции. В России это Кибик-Кордонское в Красноярском крае, Буровщина в Забайкалье, Уфалейское на Урале, Рускеальское и Белогорское в Карелии. Окраска мрамора также зависит от примесей.
Палеонтология
Палеонтология (от др.-греч. παλαιοντολογία) - наука об организмах, существовавших в прошлые геологические периоды и сохранившихся в виде ископаемых останков, а также следов их жизнедеятельности.
Палеонтологи исследуют не только останки собственно животных и растений, но и их окаменевшие следы, отброшенные оболочки и другие свидетельства их существования. В палеонтологии также используются методы палеоэкологии и палеоклиматологии с целью воспроизведения среды жизнедеятельности организмов , сопоставления современной среды обитания организмов, предположения местообитаний вымерших и т. д.
Ископаемые останки или окаменелости человек использовал, начиная с палеолита. Об этом свидетельствуют находки ожерелий из фрагментов вымерших кораллов и морских ежей, использовавшихся в ритуалах погребения, и другие археологические находки. Различные ископаемые упоминаются в преданиях, мифах и сказках. Так, белемниты называют «чёртовы пальцы» и в восточных сказках их рассматривают как ногти джинов, раковины фораминифер – нуммулитид в сказаниях о битвах Александра Македонского описывают как окаменевшие монетки.
Первые научные письменные документы об ископаемых организмах принадлежат древнегреческим естествоиспытателям и философам. Успехи естествознания древних греков были обобщены в трудах Аристотеля , жившего в 384–322 гг. до новой эры, – великого мыслителя своего времени, который создал основы классификации животных, зачатки сравнительной анатомии и эмбриологии. Окаменелости он считал остатками морских животных. Спустя много столетий в XV–XVI вв. такой взгляд на окаменелости поддерживал Леонардо да Винчи (1452–1519), хотя в то время существовали иные точки зрения, в частности, что окаменелости – это объекты, созданные богом после потопа.
В XVII–XVIII вв. начинаются интенсивные исследования в различных отраслях естествознания. Это привело не только к накоплению огромного фактического материала , но и к появлению различных идей, гипотез. Большое значение в развитии палеонтологии имели труды шведского учёного Карла Линнея (1707–1778 гг.) – основоположника классификации и систематики. Он разделил всю природу на три царства: минералов, растений и животных. Одновременно с Линнеем работали блестящие учёные: во Франции Жорж Бюффон (1707–1788) и в России – Михаил Ломоносов (1711–1765).
Бюффон, рассматривая происхождение и развитие жизни, историю животного и растительного мира, подчёркивал единый план строения животных, говорил о наличии промежуточных форм между разными группами животных и считал, что история развития Земли насчитывает до 75 000 лет.
М. Ломоносов в своей книге «О слоях земных» объяснял происхождение осадочных горных пород образованием их в морских бассейнах. Ископаемые моллюски , встреченные в этих породах, обязаны своим происхождением морям, существовавшим в прошедшие геологические эпохи. Ломоносов представлял себе смену различных периодов жизни на Земле как последовательное чередование наступления и отступления морей, объясняя эти явления медленными колебаниями суши. Область распространения живых существ на Земле образует особую оболочку, называемую биосферой. Биосфера возникла с появлением на Земле живых существ: она занимает всю поверхность суши, все водоёмы Земли (океаны, моря, озёра, реки), проникает в атмосферу – большинство организмов поднимается в воздух более чем на 50 – 70 м, а споры бактерий и грибов заносятся на высоту до 22 км. Жизнь проникается в литосферу, где она концентрируется в основном в поверхности слоёв на глубине до 6-8 м, но некоторые бактерии найдены в слоях на глубине до 2-3 км.
В 90-х годах XVIII века и начале XIX века геодезист и горный инженер Уильям Смит активно использовал окаменелости , чтобы установить связь между горными пластами в разных местах. Он установил принцип последовательности фаун, согласно которому каждый пласт осадочной породы содержит определенный тип окаменелостей, которые следуют друг за другом в предсказуемом порядке даже в пластах, разделенных огромным расстоянием.
Новый этап в развитии палеонтологии начинается с появлением в 1859 году наиболее завершённой на тот момент теории эволюции Чарльза Дарвина, оказавшей определяющее влияние на всё дальнейшее развитие естествознания. Современная эволюционная палеонтология была основана Владимиром Ковалевским. Именно благодаря исследованиям Ковалевского и его находкам дарвинизм приобрёл палеонтологически обоснованную базу.
Условия существования на земле очень разнообразны и определяются факторами как неорганического, так и органического порядка. К неорганическим факторам относятся: температура, влажность , солёность воды, глубина бассейна, давление. К органическим факторам относятся те взаимоотношения, в которые вступают организмы между собой. Эти взаимоотношения в первую очередь выражаются пищевыми связями. Каждый вид обладает своим ареалом, занимая различные части земной поверхности. Все организмы на земле живут сообществами, называемыми биоценозами. Организмы, входящие в состав биоценоза, по-разному реагируют на колебания того или иного фактора среды – солёности, температуры , давления. Одни могут существовать при широких колебаниях одного из факторов среды и тогда прибавляется приставка «эври»; другие не переносят даже незначительного изменения этого фактора и тогда прибавляется приставка «стено». Если это глубина – эврибатный, стенобатный; солёность – эвригалинный, стеногалинный; температура – эвритермный, стенотермный.
Аммониты – вымерший подкласс головоногих моллюсков, существовавших с девона по мел. Свое название аммониты получили в честь древнеегипетского божества Амона со спиральными рогами. Большинство аммонитов относится к экологической группе нектона , то есть свободно плавающих в толще воды организмов. Некоторые гетероморфные формы были представителями бентосного (донного) сообщества. Лучшими пловцами среди аммонитов были формы с чётко выраженным килем. Многие палеонтологи считают, что сложная лопастная линия - это приспособление к широкому распространению по вертикали в толще воды (эврибатности), так как сложная лопастная линия имеет большую площадь, лучше упрочняет раковину. Аммониты - крайне важная для стратиграфии группа морских ископаемых. Эта группа важна для определения относительного геологического возраста осадочных горных пород и для расчленения отложений юрской и меловой системы.
Наутилусы - род головоногих моллюсков. Это единственный современный род подкласса наутилоидей и единственные среди современных головоногих, имеющие наружную камерную раковину. Этот подкласс появился в кембрии, и в течение палеозоя был очень разнообразным. Спиральная раковина диаметром 15-23 см разделена на 35-39 камер, последовательно соединённых длинным сифоном. Моллюск живёт в передней, самой большой камере. Раковина используется как поплавок и балласт. Нагнетая в камеры раковины биогаз или откачивая его из них, наутилус способен всплывать к поверхности воды или погружаться в её толщу.
Белемниты - представители отряда вымерших беспозвоночных животных класса головоногих моллюсков , относятся к внутрираковинным головоногим моллюскам, так как все части их раковины располагались внутри тела. Белемниты обитали с каменноугольного по меловой период, наиболее широко распространились с триаса, вымерли в конце мезозоя. Лучше всего в ископаемом состоянии сохраняется ростр белемнита - прочное коническое образование, находившееся на заднем конце тела.
Брахиоподы - тип морских беспозвоночных животных. Известны с раннего кембрия; наибольшего расцвета достигли в девоне. На рубеже раннего и позднего палеозоя часть отрядов вымерла; в каменноугольном и пермском периодах господствовали отряды продуктид и спириферид. После пермско-триасового вымирания сохранились 4 отряда, дожившие до наших дней. Брахиоподы, благодаря богатству остатков и хорошей их сохранности , - ценные индексные ископаемые для установления геологического возраста содержащих их пластов и физико-географической обстановки, существовавших когда-то в данной местности.
Морские ежи - класс иглокожих. В ископаемом состоянии известны с ордовика. Тело морских ежей обычно почти сферическое, размером от 2-3 до 30 см; покрыто рядами известковых пластинок. Пластинки, как правило, соединены неподвижно и образуют плотный панцирь (скорлупу), не позволяющий ежу изменять форму.
Морские лилии - один из классов иглокожих. Ископаемые морские лилии известны с нижнего ордовика. Наибольшего расцвета достигали в среднем палеозое, когда их насчитывалось до 11 подклассов и свыше 5000 видов, но к концу пермского периода большая их часть вымерла. Окаменелые остатки морских лилий относятся к одним из наиболее распространённых ископаемых. Некоторые известняковые пласты, датируемые палеозоем и мезозоем, почти полностью сложены из них. Ископаемые членики стеблей криноидов , напоминающие зубчатые колёса, называются трохитами.
Двустворчатые или пластинчатожаберные моллюски – класс морских и пресноводных малоподвижных моллюсков, тело которых уплощено с боков и заключено в раковину из двух створок. Находки древнейших ископаемых двустворчатых моллюсков датируются началом кембрийского периода, их возраст составляет более 500 млн. лет. Общее число ныне живущих видов составляет приблизительно 9 200 (по другим данным, более 20 тысяч). Двустворчатые моллюски - класс беспозвоночных, исключительно водных и встречающихся в пресных и солёных водах по всему миру. Большинство являются бентосными организмами и живут, зарываясь в донные отложения или прикрепляясь к подводным предметам. Створки раковины у двустворчатых моллюсков чаще симметричны. Створки раковины соединены лигаментом - связкой, состоящей из утолщённого рогового слоя раковины. Стенка раковины состоит из трёх слоёв: наружного конхиолинового (периостракум), внутреннего известкового (остракум) и нижнего перламутрового (гипостракум). Минеральный компонент раковины может быть представлен исключительно кальцитом, как у устриц , или кальцитом и арагонитом. Иногда арагонит формирует также перламутровый слой. У остальных моллюсков слои арагонита и кальцита чередуются.
Вы бродите по супермаркету, разыскивая стиральный порошок без фосфатов. Естественно, для того чтобы узнать, какое средство из целого арсенала бытовой химии вам подходит, берете в руки каждую упаковку с нужной классификацией и смотрите состав содержащегося в ней продукта. Наконец, выбрали подходящее средство, но в процессе изучения всех стиральных порошков магазина заметили странную закономерность: на каждой коробке или пачке было написано что-нибудь типа: "В состав продукта входит карбонат натрия". В каждом человеке присутствует малая толика любопытства, и вы не являетесь исключением. Захотелось узнать, что это за вещество, не так ли? Сегодняшняя статья пополнит объм ваших знаний некоторыми сведениями об этом соединении.
Определение
Карбонат натрия (формула Na 2 CO 3) является натриевой солью угольной кислоты. В разных источниках его могут называть по-разному: и углекислым натрием, и динатрия триоксокарбонатом, и кальцинированной содой. Кстати, о последнем названии. Обсуждаемое сейчас химическое соединение в чистом виде - это не та пищевая сода, которую добавляют в различные продукты. Ее название - гидрокарбонат натрия. Вещества с присутствием карбоната натрия (да и сам он тоже) зовутся содами. Исключение составляет каустическая сода, научное название которой - гидроксид одноименного металла. Однако гидрокарбонат натрия реагирует с этим веществом, образуя обсуждаемое сейчас соединение. Все остальные соды - сам карбонат с водой или водородом в одной формуле. Сегодня рассматриваются свойства, получение и применение только чистой натриевой соли угольной кислоты.
Карбонат натрия: физические свойства
Это вещество в безводном состоянии имеет вид бесцветного кристаллического порошка (фото выше). Строение его кристаллической рещетки зависит от температуры окружения: если последняя не меньше 350, но ниже 479 о С, то она является моноклинной, если температура выше - гексагональной.
Карбонат натрия: химические свойства
Если опустить его в сильную кислоту, то угольная, получившаяся в ходе реакции и являющаяся крайне нестойкой, распадется на газообразный оксид четырехвалентного углерода и воду. Второй продукт реакции - натриевая соль соответствующей кислоты (например, при бросании кристаллов обсуждаемого сейчас карбоната в серную кислоту, получатся углекислый газ, вода, и сульфат натрия). В воде данное соединение будет гидролизоваться, благодаря этому нейтральная среда становится щелочной
Получение
Его можно получить несколькими способами, все они разные, но в этой статье будет рассказано лишь об одном. Необходимо смешать мел и древесный уголь с сульфатом натрия, а потом запечь эту смесь при температуре около 1000 о С. Уголь будет восстанавливать последний до сульфида, который при реакции с карбонатом кальция образует расплав сернистого кальция и искомого вещества. Его необходимо обработать водой, затем отфильтровать ненужный сульфид и упарить получившийся раствор. Образовавшийся сырой карбонат натрия очищается посредством перекристаллизации, а затем обезвоживается с помощью кальцинирования. Данный метод называется способом Леблана.
Применение
Отрасли, производящие стекло, стиральные порошки, мыло и эмали не обходятся без карбоната натрия, где его используют, чтобы получить ультрамарин. Также с помощью него устраняют жесткость воды, обезжиривают металлы и проводят десульфатизацию, объектом которой является доменный чугун. Карбонат натрия является хорошим окислителем и регулятором кислотности, его содержат моющие посуду средства, сигареты и пестициды. Также он известен как пищевая добавка E500, не дающая ингредиентам комковаться и слёживаться. Обсуждаемое сейчас вещество необходимо и для того, чтобы приготовить проявитель фотографий.
Заключение
Вот для чего полезен карбонат натрия. В чистом виде он, может быть, многим никогда и не встречался, однако его кристаллогидраты (это все соды, кроме каустической) используются человеком почти везде. Это одно из веществ, соединения которых с водой применяются в промышленности гораздо чаще, чем они сами в чистом виде.
Cтраница 1
Взаимодействие карбонатов и бикарбонатов щелочных металлов или аммония с солями уранила приводит к образованию комплексных ионов типа: [ UO2 (CO3) 3 ] 4 -, [ UO2 (CO3) 2 (H2O) 2 ] 2 - и др. Наиболее важными в технологии производства урана являются карбонатные комплексные соли натрия и аммония.
Взаимодействие карбоната бария с пятиокисью ниобия при неизотермическом нагревании сопровождается появлением на кривой ДТГ максимумов скорости выделения двуокиси углерода при 670 - 690 и 960 - 980 С. В изотермических условиях реакция протекает с заметной скоростью при температурах выше 650 С.
Процессы взаимодействия карбоната бария с окислами подгруппы ванадия удовлетворительно описываются указанными уравнениями в пределах до 70 - 80 % превращения исходных компонентов в конечный продукт реакций.
При взаимодействии карбоната калия с кислотами образуются соли этих кислот с выделением диоксида углерода.
При взаимодействии карбоната циркония с карбонатом аммония образуется (ЫН4) з2гОН (СОз) з - 2Н2Р - бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в воде и нерастворимое в этаноле.
При взаимодействии карбоната калия с хлороводородом образуются хлорид калия, диоксид углерода и вода. Определите количество хлорида калия и объем диоксида углерода (при н.у.), которые образуются из 24 82 г хлороводорода.
Так как при взаимодействии карбонатов с кислотами происходит связывание ионов водорода, карбонатами, как и основаниями, можно пользоваться для нейтрализации кислот. Так, известняк СаСОз в размолотом виде применяется для известкования почв при излишней их кислотности.
| Кинетика взаимодействия смесей МеСОз и МоО3 при температуре 375 С. 1 - MgCO3 Mo03MgMoO4. |
С заметной скоростью реакции взаимодействия карбонатов щелочноземельных металло в с трехокисью молибдена протекает при температурах выше 300 С.
Хлорид рубидия RbCl получают взаимодействием карбонатов с соляной кислотой, хорошо растворим в воде.
Химическая пена образуется при взаимодействии карбоната или бикарбоната натрия с кислотой в присутствии пенообразователя. Пенообразующий порошок состоит из сухих солей (сернокислого алюминия, бикарбоната натрия) и лакричного экстракта или другого пенообразующего вещества. При взаимодействии с водой сернокислый алюминий (или другие сернокислые соли), бикарбонат натрия и пенообразователь растворяются и немедленно реагируют с образованием диоксида углерода.
Химическая пена образуется при взаимодействии карбоната или бикарбоната с кислотой в присутствии пенообразователя. Практически такую пену получают в эжекторных переносных приборах (пеногенераторах) из пенопорошка и воды. Пенопорошок состоит из сухих солей (сернокислого алюминия, бикарбоната натрия) и лакричного экстракта или другого пенообразующего вещества. При взаимодействии с водой сернокислый алюминий (или другие сернокислые соли), бикарбонат натрия и пенообразователь растворяются и немедленно реагируют с образованием двуокиси углерода.
Химическая пена образуется при взаимодействии карбоната или бикарбоната с кислотой в присутствии пенообразователя. Такую пену получают в эжекторных переносных приборах (пе-ногенераторах) из пенопорошка и воды. Пенопорошок состоит из сухих солей (сернокислого алюминия, бикарбоната натрия) и лакричного экстракта или другого пенообразующего вещества. При взаимодействии с водой сернокислый алюминий (или другие сернокислые соли), бикарбонат натрия и пенообразователь растворяются и вступают в реакцию, образуя диоксид углерода.
Водный раствор диоксида углерода обладает свойствами слабой кислоты: он окрашивает (очень слабо) лакмус в красный цвет. На основании этого свойства можно заключить, что в растворе диоксид углерода находится частично в форме угольной кислоты (Н 2 СО 3), которая в свою очередь частично диссоциирует на ионы:
СО 2 + Н 2 О ↔ Н 2 СО 3 ,
Н 2 СО 3 ↔ 2Н + + СО 3 2- .
Угольная кислота может реагировать с одним или двумя эквивалентами сильного основания, образуя первичные, или кислые карбонаты (гидрокарбонаты) и вторичные, или нейтральные (нормальные) карбонаты:
H 2 СО 3 + МOН → MHСО 3 + Н 2 О;
Н 2 СО 3 + 2МОH → М 2 СО 3 + 2Н 2 О.
Угольная кислота, как двухосновная кислота, диссоциирует в две стадии:
H 2 СО 3 ↔ Н + + HСО 3 —
НСО 3 — ↔ Н + + СО 3 2- .
Соли, угольной кислоты, карбонаты; в водном растворе гидролитически расщеплены. В их растворах устанавливаются равновесия:
M 2 CO 3 + H 2 O ↔ MOH + MHCO 3
MHCO 3 + H 2 O ↔ MOH + H 2 CO 3
Поэтому карбонаты обнаруживают щелочную реакцию, причем это справедливо не только для вторичных или «нейтральных», но и для первичных или «кислых» карбонатов (гидрокарбонатов). Только по отношению к таким индикаторам, для которых, как для фенолфталеина, цветовой переход щелочь → кислота протекает тогда, когда раствор является еще слабо основным, первичные карбонаты (гидрокарбонаты) реагируют на холоду (0 °С и немного выше) как «кислоты».
Гидролитическое расщепление (вторичного) карбоната натрия составляет, по данньм Аусрбаха, при 18 °С в 0,1 н. растворе 3,5 % в 0,01 н. − 12,4 %. В 0,1 н. растворе карбоната натрия концентрация гидроксид-ионов составляет, следовательно, при 18 °С 3,5-10 -3 моль/л. В растворе гидрокарбоната натрия он составляет при той же температуре 1,5∙10 -6 моль/л.
Известны первичные карбонаты (гидрокарбонаты) щелочных, щелочноземельных и некоторых других двухвалентных металлов. Все они легко растворимы в воде. Исключением является гпдрокарбонат натрия, на малой растворимости которого основан метод Сольве получения соды. При кипячении растворов гидрокарбонатов происходит превращение их в нормальные карбонаты с отщеплением СО 2 .
Вторичные или нормальные карбонаты, образуются главным образом одно- и двухвалентными металлами. Нормальные карбонаты, за исключением карбонатов щелочных металлов, трудно растворимы в воде.
Помимо карбонатов щелочных металлов, легко растворим также карбонат аммония. Достаточно легко растворим и карбонат одновалентого таллия.
Все карбонаты разлагаются нелетучими кислотами. Очень слабые кислоты (такие, как борная и кремневая, и соответственно их ангидриды) разлагают карбонаты только при прокаливании.
Карбонаты щелочных металлов можно расплавить без разложения. Прочие карбонаты разлагаются при нагревании, отщепляя СО 2: М 2 СО 3 = М 2 О + СО 2 .
Этому разложению способствует удаление образующейся СО 2 (понижение давления) или устранение оксида М 2 О из смеси. Последнее можно достигнуть добавлением термостойкой кислоты или ее ангидрида, например SiO 2 , которая образует соль с основным оксидом. На этом свойстве основано разложение карбонатов при прокаливании их с ангидридами очень слабых, однако термостойких кислот, таких, как борная и кремневая.
Карбонаты - многочисленная группа минералов, которые имеют широкое распространение. К минералам класса карбонатов относятся соли угольной кислоты, чаще всего это соли кальция, магния, натрия, меди. Всего в этом классе известно около 100 минералов. Некоторые из них очень широко распространены в природе, например кальцит и доломит.
В структурном отношении все карбонаты относятся к одному основному типу - анионы 2- представляют собой изолированные радикалы в форме плоских треугольников.
Большинство карбонатов безводные простые соединения, главным образом Ca, Mg и Fe с комплексным анионом 2- . Менее распространены сложные карбонаты, содержащие добавочные анионы (OH) - , F - и Cl - . Среди наиболее распространённых безводных карбонатов различают карбонаты тригональной и ромбической сингоний. Карбонаты обычно имеют светлую окраску: белую, розовую, серую и т.д., исключение представляют карбонаты меди, имеющие зелёную или синюю окраску. Твёрдость карбонатов около 3-4.5; плотность невелика, за исключением карбонатов Zn, Pb и Ba.
Важным диагностическим признаком является действие на карбонаты кислот (HCl и HNO 3), от которых они в той или иной степени вскипают с выделением углекислого газа. По происхождению карбонаты осадочные (биохимические или химические осадки) или осадочно-метаморфические минералы; выделяются также поверхностные, характерные для зоны окисления и иногда низкотемпературные гидротермальные карбонаты.
Главные минералы-карбонаты
|
Сингония |
Твердость |
||
|
Кальцита |
Кальцит СаСОз | ||
|
Родохрозит МпСОз | |||
|
Магнезит MgCOз | |||
|
Сидерит РеСОз | |||
|
Смитсонит ZnCO3 | |||
|
Доломита |
Доломит CaMg(COз)2 | ||
|
Арагонита |
Арагонит СаСОз | ||
|
Витерит ВаСОз | |||
|
Стронцианит SrCO3 | |||
|
Церуссит PbСОз | |||
|
Малахита |
Малахит Cu2(СO3)(ОН)2 | ||
|
Азурит Cu3(CO3)2(ОН)2 | |||
|
Редкоземельных карбонатов |
Бастнезит Се(С03)Р | ||
|
Паризит Ca (Ce, La) 2 × 3 F 2 | |||
|
Натрит Na 2 CO 3 · 10H 2 O | |||
|
Нахколит NaHCO3 | |||
|
Ниеререита |
Ниеререит Na2Ca(CO3)2 |
Многие из широко распространенных карбонатов, в особенности же кальцит, магнезит, сидерит, доломит, имеют сходные черты морфологии кристаллов, близкие физические свойства, встречаются в одинаковых агрегатах и часто имеют переменный химический состав. Поэтому бывает трудно, а порой невозможно различить их по внешним признакам, твердости, спайности. Издавна используется простой прием диагностики карбонатов по характеру их реакции с соляной кислотой. Для этого наносят каплю разбавленной (1: 10) кислоты на зерно карбоната. Кальцит реагирует активно, и капля раствора вскипает от выделяющихся пузырьков СО2, доломит реагирует слабо, только в порошке, а магнезит - при нагревании.
Более надежные результаты дают следующие лабораторные исследования: точное определение их показателей преломления; проведение микрохимических реакций на отполированных пластинках пород с реактивами, красящими разные минералы в различные цвета; термический анализ (определение температуры разложения минерала, у каждого карбоната она своя); рентгеновские исследования.
Карбонатовые отложения
Самым распространённым карбонатом является кальцит. Прозрачный кальцит называют исландским шпатом, непрозрачный известковым шпатом. Кальцит формирует такие породы, как известняк и мел. Подавляющее количество кальцита сформировалось за счёт биогенного его накопления. В то же время известен и кальцит гидротермального происхождения. В почвах кальцит накапливается в результате реакции кальция, высвободившегося при выветривании, с углекислым газом почвенного воздуха; особенно часто богаты кальцитом почвы засушливых областей. Кальцит и доломит формируют мрамор. Сидерит типичный минерал болотных руд; достаточно редко отмечается его эндогенное происхождение. Малахит красивый поделочный камень; как и близкий к нему по составу и свойствам минерал азурит Сu3(СО3)2(ОН)2, он образуется на поверхности Земли в результате окисления сульфидов меди.
Применение карбонатов
Карбонаты кальция, магния, бария и др. применяют в строительном деле, в химической промышленности, оптике и др. В технике, промышленности и быту широко применяется сода (Na2CO3 и NaHCO3): при производстве стекла, мыла, бумаги, как моющее средство, при заправке огнетушителей, в кондитерском деле. Кислые карбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь буферными веществами, регулирующими постоянство реакции крови.