شیمی:

کربنات کلسیم دارای خواص معمولی کربنات های دیگر است.

CaCO₃ (s) +2H⁺(aq) → Ca²⁺(aq)+CO₂(g)+H₂O(l)

پس از گرم شدن، دی اکسید کربن آزاد می کند که به آن واکنش تجزیه حرارتی یا کلسیناسیون می گویند. بالای 840 درجه سانتیگراد در مورد CaCO₃، برای تشکیل اکسید کلسیم، CaO،  معمولا آهک زنده نامیده می شود، با آنتالپی واکنش 178 کیلوژول بر مول 

CaCO₃ (s)→ CaO(s)+CO₂ ↑

کربنات کلسیم با آبی که با دی اکسید کربن اشباع شده است واکنش می دهد و بی کربنات کلسیم محلول را تشکیل می دهد.

CaCO₃ (s) +CO₂ (g) +H₂O(l) → Ca(HCO₃)₂ (aq)

این واکنش در فرسایش سنگ کربناته، تشکیل غارها و در بسیاری از مناطق منجر به سختی آب میشود.

شکل غیر معمول کربنات کلسیم، هگزا هیدرات Ikaite، CaCO₃·6H₂O است. Ikaite فقط در دمای زیر 8 درجه سانتیگراد پایدار است.

آماده سازی:

اکثریت قریب به اتفاق کربنات کلسیم مورد استفاده در صنعت از معادن یا استخراج معادن استخراج می شود. کربنات کلسیم خالص (مانند مصارف غذایی یا دارویی) را می توان از منبع خالص استخراج شده (معمولاً سنگ مرمر) تولید کرد.

به طور متناوب، کربنات کلسیم از اکسید کلسیم تهیه می شود.

آب اضافه می شود تا هیدروکسید کلسیم بدهد سپس دی اکسید کربن از این محلول عبور داده می شود تا کربنات کلسیم مورد نظر رسوب کند که در صنعت به آن کربنات کلسیم رسوبی  PCC می گویند. به این فرآیند کربناته می گویند.

 

CaO+H₂O → Ca (OH)₂

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

 

در آزمایشگاه، کربنات کلسیم را می توان به راحتی از کلرید کلسیم (CaCl₂) با قرار دادن محلول آبی CaCl₂ در خشک کن در کنار کربنات آمونیوم (NH4)₂CO₃ متبلور کرد. در خشک کن، کربنات آمونیوم در معرض هوا قرار می گیرد و به آمونیاک، دی اکسید کربن و آب تجزیه می شود. سپس دی اکسید کربن در محلول آبی کلرید کلسیم پخش می شود و با یون های کلسیم و آب واکنش می دهد و کربنات کلسیم را تشکیل می دهد.

 

ساختار:

شکل پایدار ترمودینامیکی CaCO₃ در شرایط عادی β-CaCO₃   شش ضلعی (کلسیت معدنی) است.

اشکال دیگری نیز می توان تهیه کرد، λ-CaCO₃  متعامد تر (2.83 گرم بر سانتی متر مکعب) (آراگونیت معدنی) و μ-CaCO₃شش ضلعی که به عنوان واتریت معدنی رخ می دهد.

فرم آراگونیت را می توان با بارش در دمای بالاتر از 85 درجه سانتیگراد تهیه کرد. فرم واتریت را می توان با بارش در دمای 60 درجه سانتی گراد تهیه کرد.

کلسیت حاوی اتم های کلسیم است که توسط شش اتم اکسیژن هماهنگ شده اند. در آراگونیت با 9 اتم اکسیژن هماهنگ می شوند.

ساختار واتریت به طور کامل درک نشده است.

کربنات منیزیم (MgCO₃) دارای ساختار کلسیتی است، در حالی که کربنات استرانسیم (SrCO₃) و کربنات باریم (BaCO₃) ساختار آراگونیت را اتخاذ می کنند و شعاع یونی بزرگتر خود را منعکس می کنند.

 

پلی مورف (چند شکلی):

کربنات کلسیم در سه پلی مورف بی آب متبلور می شود که کلسیت از نظر ترمودینامیکی پایدارترین آنها در دمای اتاق است، آراگونیت فقط اندکی کمتر و واتریت کمترین پایداری را دارند.

 

ساختار کریستالی:

ساختار بلوری کلسیت مثلثی است، با گروه فضایی  R3̅C، و نماد پیرسون hR10

آراگونیت متعامد است، با گروه فضایی Pmcn، و نماد پیرسون oP20 .واتریت از حداقل دو ساختار کریستال وگرافیکی مختلف تشکیل شده است .ساختار اصلی در گروه فضایی P6₃/mmc تقارن شش ضلعی را نشان می‌دهد، ساختار فرعی هنوز ناشناخته است.

تبلور:

هر سه پلی مورف به طور همزمان از محلول های آبی تحت شرایط محیطی متبلور می شوند. در محلول های آبی بدون افزودنی، کلسیت به راحتی به عنوان محصول اصلی تشکیل می شود، در حالی که آراگونیت تنها به عنوان یک محصول جزئی ظاهر می شود.

در اشباع بالا، واتریت معمولاً اولین فاز رسوب می‌شود، که با تبدیل واتریت به کلسیت دنبال می‌شود. به نظر می‌رسد این رفتار از قاعده استوالد پیروی می‌کند، که در آن، کم‌پایدارترین چند شکلی ابتدا متبلور می‌شود، و به دنبال آن چند شکلی‌های مختلف از طریق یک بلور متبلور می‌شوند. توالی فازهای با ثبات فزاینده با این حال، آراگونیت، که پایداری آن بین واتریت و کلسیت قرار دارد، به نظر از این قاعده مستثنی است، زیرا آراگونیت به عنوان پیش ماده برای کلسیت در شرایط محیطی تشکیل نمی شود.

آراگونیت در اکثر موارد زمانی رخ می دهد که شرایط واکنش مانع از تشکیل کلسیت و یا تقویت هسته آراگونیت شود. به عنوان مثال، تشکیل آراگونیت با حضور یون‌های منیزیم یا با استفاده از پروتئین‌ها و پپتیدهای مشتق شده از کربنات کلسیم بیولوژیکی تقویت می‌شود. نشان داده شده است که برخی از پلی آمین ها مانند کاداورین و پلی (اتیلن ایمین) تشکیل آراگونیت را بر روی کلسیت تسهیل می کنند.

انتخاب توسط موجودات:

موجوداتی مانند نرم تنان و بندپایان توانایی رشد هر سه پلی مورف کریستالی کربنات کلسیم را به طور عمده به عنوان محافظ (پوسته) و چسبندگی ماهیچه ای نشان داده اند. علاوه بر این، آنها توانایی قابل توجهی در انتخاب فاز نسبت به کلسیت و آراگونیت از خود نشان می دهند و برخی از موجودات می توانند بین این دو چند شکل جابجا شوند. توانایی انتخاب فاز معمولاً به استفاده از ماکرومولکول های خاص یا ترکیبی از درشت مولکول ها توسط چنین موجوداتی نسبت داده می شود.

منابع زمین شناسی:

کلسیت، آراگونیت و واتریت از مواد معدنی کربنات کلسیم خالص هستند. سنگهای منشأ مهم صنعتی که عمدتاً کربنات کلسیم هستند شامل سنگ آهک، گچ، مرمر و تراورتن هستند.

منابع بیولوژیکی:

پوسته تخم مرغ، صدف حلزون و بیشتر صدف های دریایی عمدتاً کربنات کلسیم هستند و می توانند به عنوان منابع صنعتی آن ماده شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند.

پوسته‌های صدف اخیراً به‌عنوان منبع کلسیم غذایی شناخته شده‌اند، اما همچنین یک منبع صنعتی عملی هستند.

سبزیجات سبز تیره مانند کلم بروکلی و کلم پیچ حاوی مقادیر قابل توجهی کربنات کلسیم هستند، اما به عنوان یک منبع صنعتی کاربردی نیستند.

فرازمینی:

فراتر از زمین، شواهد قوی حاکی از وجود کربنات کلسیم در مریخ است. علائم کربنات کلسیم در بیش از یک مکان شناسایی شده است. این شواهدی برای وجود آب مایع در گذشته فراهم می کند.

زمين شناسي:

کربنات اغلب در محیط‌های زمین‌شناسی یافت می‌شود و یک مخزن کربن عظیم را تشکیل می‌دهد.

کربنات کلسیم به صورت آراگونیت، کلسیت و دولومیت به عنوان اجزای مهم چرخه کلسیم وجود دارد.

کانی های کربناته انواع سنگ را تشکیل می دهند: سنگ آهک، گچ، مرمر، تراورتن، توفا و غیره.

در آب‌های گرم و شفاف گرمسیری، مرجان‌ها فراوان‌تر از قطب‌هایی هستند که آب‌ها سرد هستند.

 عوامل کربنات کلسیم، از جمله پلانکتون ها، جلبک های مرجانی، اسفنج ها، بازوپایان، خارپوستان، بریوزوآ و نرم تنان، معمولا در محیط های آب کم عمق یافت می شوند که در آن نور خورشید و مواد غذایی قابل فیلتر فراوان تر هستند. کربنات های آب سرد در عرض های جغرافیایی بالاتر وجود دارند اما سرعت رشد بسیار کمی دارند. فرآیندهای کلسیفیکاسیون با اسیدی شدن اقیانوس تغییر می کند. جایی که پوسته اقیانوسی در زیر صفحه قاره ای فرورانش می کند، رسوبات به مناطق گرمتر در استنوسفر و لیتوسفر منتقل می شوند. در این شرایط کربنات کلسیم تجزیه می شود و دی اکسید کربن تولید می کند که همراه با سایر گازها باعث فوران های آتشفشانی انفجاری می شود.

عمق جبران کربنات:

عمق جبران کربنات (CCD) نقطه ای در اقیانوس است که در آن نرخ بارش کربنات کلسیم با سرعت انحلال به دلیل شرایط موجود متعادل می شود. در اعماق اقیانوس، دما کاهش می یابد و فشار افزایش می یابد. کربنات کلسیم غیرعادی است زیرا حلالیت آن با کاهش دما افزایش می یابد. افزایش فشار همچنین حلالیت کربنات کلسیم را افزایش می دهد. عمق جبران کربنات می تواند از 4000 تا 6000 متر زیر سطح دریا باشد.

نقش در تافونومی:

کربنات کلسیم می‌تواند فسیل‌ها را از طریق معدنی‌سازی حفظ کند. بیشتر فسیل های مهره داران از  فرمولاسیون دو دارو - یک  زمین‌شناسی که به‌خاطر تخم‌های دایناسور منقار اردک شناخته می‌شود - توسط پرمینرال‌سازی CaCO₃ حفظ می‌شود. این نوع حفاظت، سطوح بالایی از جزئیات را حتی تا سطح میکروسکوپی حفظ می کند. با  این حال، نمونه ها را در معرض هوازدگی در هنگام قرار گرفتن در معرض سطح نیز قرار می دهد. زمانی تصور می‌شد که جمعیت تریلوبیت‌ها اکثریت آبزیان را در طول دوره کامبرین تشکیل می‌دادند، زیرا پوسته‌های غنی از کربنات کلسیم آن‌ها راحت‌تر از سایر گونه‌ها که پوسته‌های کیتینی داشتند، حفظ می‌شد.

موارد استفاده:

کاربرد اصلی کربنات کلسیم در صنعت ساختمان سازی می باشد، یا به عنوان مصالح ساختمانی، یا سنگ آهک  متراکم برای راه سازی، به عنوان ماده تشکیل دهنده سیمان و یا به عنوان ماده اولیه برای تهیه آهک با سوزاندن در کوره. با این حال، به دلیل هوازدگی عمدتاً ناشی از باران اسیدی، کربنات کلسیم (به شکل سنگ آهک) دیگر به تنهایی برای اهداف ساختمانی استفاده نمی شود، بلکه تنها به عنوان ماده اولیه خام برای مصالح ساختمانی استفاده می شود. کربنات کلسیم همچنین در تصفیه آهن از سنگ آهن در کوره بلند استفاده می شود. کربنات در محل کلسینه می شود تا اکسید کلسیم تولید کند که فرمهای باقی مانده با ناخالصی های مختلف تشکیل می دهد و از آهن خالص شده جدا می شود.

در صنعت نفت، کربنات کلسیم به سیالات حفاری به عنوان پل ساز و عامل آب بندی کیک فیلتر اضافه می شود. همچنین یک ماده وزنی است که چگالی سیالات حفاری را برای کنترل فشار چاله افزایش می دهد.

کربنات کلسیم به عنوان یک اصلاح کننده PH برای حفظ قلیایی بودن و خنثی کردن خواص اسیدی عامل ضد عفونی کننده به استخرها اضافه می شود.

همچنین به عنوان ماده خام در تصفیه شکر از چغندرقند استفاده می شود. برای تولید اکسید کلسیم و دی اکسید کربن در یک کوره با آنتراسیت کلسینه می شود.

این آهک سوخته سپس در آب شیرین خاموش می شود تا یک سوسپانسیون هیدروکسید کلسیم برای رسوب ناخالصی ها در آب خام در طول کربناته شدن تولید کند.

کربنات کلسیم به شکل گچ به طور سنتی جزء اصلی گچ تخته سیاه بوده است.

با این حال، گچ تولیدی مدرن بیشتر از گچ، سولفات کلسیم هیدراته  CaSO₄·2H₂O است.

کربنات کلسیم منبع اصلی برای رشد سنگ های زیستی است.

کربنات کلسیم رسوبی (PCC)، از پیش پراکنده شده به شکل دوغاب، یک ماده پرکننده رایج برای دستکش های لاتکس با هدف دستیابی به حداکثر صرفه جویی در هزینه مواد و تولید است.

کربنات کلسیم ریز آسیاب شده (GCC) یک عنصر ضروری در فیلم ریز متخلخل مورد استفاده در پوشک و برخی از فیلم‌های ساختمانی است، زیرا منافذ در اطراف ذرات کربنات کلسیم در طول ساخت فیلم با کشش دو محوره هسته‌دار می‌شوند.

GCC و PCC به عنوان پرکننده در کاغذ استفاده می شوند زیرا ارزان تر از الیاف چوب هستند.

کاغذ چاپ و تحریر می تواند حاوی 10 تا 20 درصد کربنات کلسیم باشد.

در آمریکای شمالی، کربنات کلسیم جایگزین کائولن در تولید کاغذ براق شده است.

اروپا چندین دهه است که این کار را به عنوان کاغذسازی قلیایی یا کاغذسازی بدون اسید انجام می دهد.

PCC مورد استفاده برای پر کردن کاغذ و پوشش های کاغذ، رسوب داده می شود و در اشکال و اندازه های مختلف با توزیع اندازه ذرات باریک مشخصه و قطرهای کروی معادل 0.4 تا 3 میکرومتر آماده می شود.

کربنات کلسیم به طور گسترده ای به عنوان یک گسترش دهنده در رنگ ها استفاده می شود، به ویژه رنگ امولسیونی مات که به طور معمول 30٪ وزن رنگ یا گچ یا سنگ مرمر است.

همچنین یک پرکننده محبوب در پلاستیک است.

برخی از نمونه‌های معمولی شامل حدود 15 تا 20 درصد گچ در لوله‌های تخلیه پلی‌وینیل کلرید (UPVC) پلاستیک نشده،  5 تا 15 درصد گچ با پوشش استئارات یا سنگ مرمر در پروفیل پنجره‌های UPVC است.

کابل های پی وی سی می توانند از کربنات کلسیم تا phr70 (یک قسمت در صد قسمت رزین) برای بهبود خواص مکانیکی (استحکام کششی و ازدیاد طول) و خواص الکتریکی (مقاومت حجمی) استفاده کنند.

ترکیبات پلی پروپیلن اغلب با کربنات کلسیم پر می شوند برای افزایش سختی و استفاده در دمای بالا. در اینجا درصد اغلب 20-40٪ است.

همچنین به طور معمول به عنوان پرکننده در رزین های ترموست (ترکیبات قالب گیری ورق و حجیم) استفاده می شود و همچنین با ABS و سایر مواد ترکیب شده است تا انواع مختلفی از آن را تشکیل دهد. موارد دیگر، برای تشکیل برخی از انواع تراشه های پوکر "سفالی" قالب گیری فشرده استفاده میشود.

کربنات کلسیم رسوبی که از ریختن اکسید کلسیم در آب ساخته می‌شود، به تنهایی یا با افزودنی‌هایی به عنوان رنگ سفید استفاده می‌شود که به سفید کردن معروف است.

کربنات کلسیم به طیف گسترده ای از تجارت اضافه می شود.

چسب کاشی و سرامیک معمولاً حاوی 70 تا 80 درصد سنگ آهک است. پرکننده های ترک تزئینی حاوی سطوح مشابهی از سنگ مرمر یا دولومیت هستند.

همچنین در نصب شیشه های رنگی با بتونه مخلوط می شود و به عنوان یک مقاومت برای جلوگیری از چسبیدن شیشه به قفسه های کوره هنگام پخت لعاب و رنگ در دمای بالا استفاده می شود.

در کاربردهای لعاب سرامیکی، کربنات کلسیم به عنوان وایتینگ شناخته می‌شود و یکی از اجزای رایج بسیاری از لعاب‌ها به شکل پودر سفید آن است.

هنگامی که لعاب حاوی این ماده در کوره پخته می شود،وایتینگ به عنوان یک ماده شار در لعاب عمل می کند.

کربنات کلسیم آسیاب شده یک ماده ساینده (هم به عنوان پودر شستشو و هم به عنوان یک ماده تشکیل دهنده کرم های تمیز کننده خانگی) به ویژه در شکل کلسیتی آن است که دارای سطح سختی نسبتاً پایین 3 در مقیاس Mohs است و بنابراین شیشه و اکثر موارد را خراش نمی دهد. سایر سرامیک ها، لعاب، برنز، آهن و فولاد و تأثیر متوسطی روی فلزات نرم مانند آلومینیوم و مس دارند.

خمیر ساخته شده از کربنات کلسیم و آب دیونیزه شده را می توان برای تمیز کردن کدر شدن نقره استفاده کرد.

در صنعت داروسازی به عنوان پرکننده بی اثر برای قرص ها و سایر مواد دارویی استفاده می شود.

کربنات کلسیم در تولید اکسید کلسیم و همچنین خمیر دندان استفاده می شود.

آهک کشاورزی، گچ پودری یا سنگ آهک به عنوان روشی ارزان برای خنثی کردن خاک اسیدی استفاده می شود که آن را برای کاشت مناسب می کند، همچنین در صنعت آبزی پروری برای تنظیم pH خاک برکه قبل از شروع کشت استفاده می شود.

کربنات کلسیم یک عنصر کلیدی در بسیاری از پودرهای پاک کننده خانگی است و به عنوان یک ماده پاک کننده استفاده می شود.