Многоликий карбонат кальция: в природе, в промышленности, в быту

Карбонат кальция (углекислый кальций) —неорганическое химическое соединение, соль угольной кислоты и кальция. Химическая формула — CaCO₃.

Карбонат кальция является распространенным минералом. В природе встречаются три полиморфные модификации (минералы с одинаковым химическим составом, но с различной кристаллической структурой): кальцит, арагонит и фатерит (ватерит).

Некоторые горные породы (известняк, мел, мрамор, травертин и другие известковые туфы) практически полностью состоят из карбоната кальция с некоторыми примесями. Кальцит является стабильным полиморфом карбоната кальция и встречается в самом разнообразном геологическом окружении: в осадочных, метаморфических и магматических горных породах. Около 10 % всех осадочных пород составляют известняки, сложенные преимущественно кальцитовыми остатками раковин морских организмов. Арагонит является вторым по устойчивости полиморфом CaCO₃ и в основном образуется в раковинах моллюсков и скелетах некоторых других организмов. Также арагонит может образовываться и в неорганических процессах, например в карстовых пещерах или гидротермальных источниках. Фатерит является наименее стабильной разновидностью этого карбоната, и очень быстро превращается в воде либо в кальцит, либо в арагонит. В природе встречается относительно редко, когда его кристаллическая структура стабилизирована теми или иными примесями

Известняки широко распространены в природе. Их огромные залежи, образовавшиеся миллионы лет назад из скелетов морских животных, составляют примерно 20% от общего количества осадочных пород. О месте и роли известняков в истории Земли говорит уже тот факт, что в геологии целая эпоха развития планеты называется меловым периодом.

Образовались известняки в результате не очень сложных, но длительных геохимических процессов. Реки ежегодно выносят в моря многие миллионы тонн извести в виде взвеси и в растворенном виде. При встрече речной воды с соленой морской образуется своеобразный "геохимический барьер", на котором растворимые соединения, в том числе и известь, выпадают в осадок, смешиваясь с илом. Часть бикарбоната кальция остается в растворенном состоянии и постепенно поглощается морскими растениями и животными.

В результате в течение миллионов лет огромное множество раковин погибших моллюсков и кораллов образовало колоссальные скопления углекислого кальция. Так возникли различные известняки, среди которых по породообразующим организмам различают коралловые, ракушечные, нуммулитовые, мшанковые, водорослевые и др.

Ракушечный карбонат кальция (или ракушечник) представляет собой довольно пористую породу, состоящую почти полностью из целых или раздробленных раковин морских организмов. Здесь встречаются раковины моллюсков разных видов, размеров.

Иногда внутренняя поверхность раковин покрыта щетками мелких прозрачных кристалликов кальцита. Если такой образец рассматривать при солнечном свете, то создается впечатление, что в камень вкраплены изысканные драгоценности.

В отличие от ракушечника нуммулитовые известняки состоят в основном из раковин одного вида - вымерших одноклеточных организмов рода нуммулитов, которые жили в позднем мелу в морях Евразии, Африки и Америки. Размеры их раковин колеблются от 1 до 10 см (а иногда и до 16).

Животные же класса мшанковых, напротив, характеризуются микроскопическими размерами: их длина доходит до 1 мм. Наибольшего разнообразия эти щупальцевые организмы достигали в палеозое, о чем свидетельствуют известняки с их окаменелостями.

Эти и другие разновидности известняков дают богатейший материал не только для геологии, но и для других наук, изучающих историю Земли: палеонтологии, палеоботаники и пр.

По форме слагающих компонентов выделяют также известняки оолитовые (гранулы 0,2-2 мм) и пизолитовые (гранулы и конкреции более 2 мм).

Интереснейшими проявлениями карбоната кальция являются сталактиты и сталагмиты. Эти пещерные образования, которые терпеливо создает природа, не только потрясают воображение, но и способны навевать поэтические настроения, как, например, у Сюлли-Прюдома:

Если присмотреться, то можно увидеть, что поверхность сталактитов из-за проступающих в некоторых местах мелких кристалликов кальцита кажется сахаристой, а под бугристо-сахаристой корочкой карбонатной породы обнаруживаются прозрачные, солнечно-желтоватые, иногда с радужной поверхностью кристаллы кальцита.

Иногда из этой грубой, "невзрачной" известняковой породы выкристаллизовываются роскошные каменные цветы. В трещинах, прожилках, жеодах можно обнаружить кристаллы кальцита, сросшиеся в пучки, напоминающие хризантемы, георгины, гвоздики. А на изломе внешне ничем не примечательного известнякового камня вдруг "расцветает" изысканная кальцитовая "ромашка". Схожесть с цветами усиливается окраской кальцитовых кристаллов, которые в зависимости от примесей могут быть коричневыми, желтыми, бежевыми, красными, розовыми, белыми или бесцветными.

Карбонат кальция многолик. Карбонат кальция вездесущ. А потому говорить о нем можно бесконечно. Каждый его образец, любой обломок при внимательном рассмотрении может стать объектом не только серьезного научного исследования, но и поэтического, художественного творчества. И в любом случае - лишний раз продемонстрировать бесконечное разнообразие природы...

Природный карбонат кальция - древнейший строительный отделочный камень, который отличают высокая прочность, долговечность, исключительные декоративные и экологические качества, чистота цвета, однородность структуры, простота обработки и монтажа, эффективная теплоизоляция, доступная стоимость.

Карбонат кальция - широко распространенная порода, состоящая из минерала кальцита. Она легко определяется по бурно протекающей реакции с HCl. Цвет желтоватый, серый, белый, черный. Известняки бывают органогенного и химического происхождения.

Органогенные известняки состоят из остатков организмов. Последние редко сохраняются полностью, чаще они раздроблены, а также изменены последующими процессами. Степень сохранности их указывает на условия отложения осадка и последующей истории формирования породы. Если возможно, следует определить, остатками каких организмов представлен карбонат кальция, по ним и дается название. Если организмы не определены и карбонат кальция состоит из целых раковин, его называют карбонат кальция-ракушечник, а если из битых - детритусовый карбонат кальция.

Разновидностью органогенного карбоната кальция является мел, состоящий главным образом из мельчайших раковин и порошкового кальцита. Мел - белая землистая порода, широко используемая в качестве сырья.

Известняки химического происхождения встречаются в виде плотных известняков; оолитовых известняков; известкового туфа.

Известняки применяются в качестве строительного материала в цементной промышленности, в металлургии. В размолотом виде карбонат кальция используется как удобрение.

А в природе известняки залегают мощными пластами - иногда до тысячи метров толщиной. Используют их во многих отраслях народного хозяйства: в качестве флюса в черной металлургии, для изготовления портландцемента, при производстве минеральных удобрений, соды, в стекольной промышленности и в строительстве - для кладки и облицовки стен.

Малахит Cu₂[CO3]₂(OH)₂

Минерал, основный карбонат меди. Образует зелёные массы натёчной формы с радиально-волокнистым строением. Кристаллы мелкие, имеют столбчатый, пластинчатый, игольчатый вид. Красивейший поделочный камень насыщенно зеленого цвета.

КальцитCaCO₃

Входит в состав раковин и эндоскелета большинства скелетных беспозвоночных, а также покровных структур некоторых одноклеточных организмов. Широко применяется в строительстве и химических производствах. В чистом виде кальцит белый или бесцветный.

Магнезит MgCO₃

Из примесей наибольшее значение имеет Fe; меньше Mn, Ca. Используют для производства огнеупоров и вяжущих материалов, в химической промышленности. Может быть бесцветный, белый, серо-белый, желтоватый, коричневый, сиреневато-розовый.

Ракушечник CaCO3

Натуральный камень белого, чаще молочного цвета, в основе которого крепкие панцири и раковины морских обитателей. Можно облицовывать марши крылечных лестниц и террасы. Натуральный состав ракушечника «разбавляет» песок — от 5 до 40%.

Арагонит CaCO3

Образует призматические, столбчатые, таблитчатые, игольчатые и копьевидные кристаллы. Входит в состав перламутрового слоя раковин многих видов моллюсков, в экзоскелет кораллов. Арагонитом сложены тончайшие слои жемчуга. Меняет окраску от бесцветной до черной.

Известняк CaCO3

В ряде случаев включает примеси глинистых минералов, доломита, кварца, реже гипса, пирита и органических остатков, которые определяют название известняков. Обычно светло-серого цвета. Имеет универсальное применение в промышленности, сельском хозяйстве и строительстве.

Исландский шпат CaCO3

Кристаллы ромбической формы. Строение делает этот камень простым в обработке. Высокое двойное лучепреломление света. Кристаллы имеют различную окраску, преимущественно бледного с примесями. Используется в оптических и оптоэлектронных системах

Доломит CaCO₃•MgCO₃

Цвет — бесцветный или белый, желтоватый, буроватый (за счёт примеси гидроксидов железа и глинистых частиц). Спайность совершенная. Широко используется в строительстве. Ассоциируется с кальцитом, обладающим сходными диагностическими признаками

Сидерит FeCO₃

Цвет желтовато-белый, серый, красновато-коричневый, бледно-зелёный, иногда белый. Важная руда для получения железа. Присутствует практически во всех разновидностях окисленных железистых кварцитов. Используется в горном деле, как утяжелитель буровых растворов, и металлургической промышленности.

Мрамор CaCO₃

Метаморфическая горная порода, состоящая только из кальцита с примесями других минералов. Имеет различную окраску в зависимости от примесей. Используется для строительства.

Мраморный оникс CaCO₃

Своеобразная разновидность мрамора с полосами. Образовался вследствие слияния и наслаивания расплавившихся горных пород. Полосы в камне бывают разного характера. Очень популярный поделочный камень.

Лазурит на карбонате 2CuCO₃-Cu(OH)₂

Представляет собой голубой карбонат меди, сопутствует малахиту и имеет сходное с ним происхождение. По химическому составу лазурит представляет собой водный карбонат меди. Минерал синего цвета со стеклянным блеском, хрупкий.