Solfato di calcio: solubilità, reazioni, usi
Il solfato di calcio è un sale poco solubile che ha formula CaSO4 e presente nelle evaporiti. Le evaporiti sono rocce sedimentarie cristalline comunemente stratificate.
Esse hanno origine a seguito dell’evaporazione di acqua di mare o acqua dolce in aree in cui si verifica una elevata evaporazione e in cui la quantità di acqua evaporata eccede quella dell’acqua di ricarica.
Il solfato di calcio è una delle principali incrostazioni minerali nella produzione di petrolio e gas che, come i depositi di carbonato di calcio causano una serie di problemi operativi e necessitano di trattamenti costosi e lunghi tempi di fermo
Solubilità
Il prodotto di solubilità del solfato di calcio è pari a 4.9 · 10-5 e il suo equilibrio di dissociazione è:
CaSO4(s) ⇄ Ca2+(aq) + SO42-(aq)
L’espressione del prodotto di solubilità è:
4.9 · 10-5 = [Ca2+][ SO42-]
all’equilibrio: [Ca2+]=[ SO42-] = x
pertanto:
4.9 · 10-5 = (x)(x)
Da cui x = solubilità molare = 0.0070 mol/L
La solubilità espressa in g/L è pari a 0.0070 mol/L · 136.14 g/mol = 0.95 g/L
Forme idrate
Il solfato di calcio si presenta in forma anidra, semiidrata o diidrata. Quest’ultima forma è nota come gesso.
La forma diidrata per riscaldamento si disidrata: si ottiene dapprima la forma semiidrata e poi la forma anidra secondo le reazioni:
CaSO4 ⇄ CaSO4· ½ H2O ⇄ CaSO4
La forma semiidrata esiste in due forme: la forma α e quella β. Quest’ultima è il principale costituente della malta e si ottiene dalla calcinazione a secco. La forma α si ottiene per calcinazione in ambiente umido a pressioni elevate o a pressione atmosferica in presenza di un acido o di soluzioni acquose contenenti elettroliti.
Il solfato di calcio semiidrato a sua volta si disidrata a seguito di riscaldamento per trasformarsi nella forma anidra detta anidrite che esiste in tre forme a seconda della temperatura di reazione.
Le curve di stabilità di CaSO4 mostrano che il gesso è meno solubile al di sotto dei 40 °C, quindi è la forma di solfato di calcio più depositata, mentre l’emiidrato e l’anidrite si trovano comunemente sugli scambiatori di calore nella colonna di distillazione
Reazioni
Il solfato di calcio può dare reazioni di decomposizione riduttiva a temperature elevate con:
- Monossido di carbonio con formazione di ossido di calcio, anidride solforosa e anidride carbonica:
CaSO4 + CO → CaO + SO2 + CO2
- Idrogeno per dare ossido di calcio, anidride solforosa e vapore acqueo:
CaSO4 + H2 → CaO + SO2 + H2O
- Metano per dare ossido di calcio, anidride solforosa, anidride solforosa e vapore acqueo:
4 CaSO4 + CH4 → 4 CaO + 4 SO2 + CO2 + 2 H2O
A temperature superiori a 1200°C dà luogo a decomposizione termica:
2 CaSO4 → 2 CaO + 2 SO2 + O2
Usi
Il solfato di calcio trova utilizzo in campo:
- Agricolo come fertilizzante in quanto fornisce ione calcio ed inoltre contribuisce alla correzione dei terreni alcalini
- Medico come eccipiente nella produzione di compresse, per immobilizzare le articolazioni a seguito di una frattura ossea. È un materiale bio-inerte che nel giro di settimane viene riassorbito e sostituito da tessuto fibrovascolare, consentendo la formazione ossea all’interno dell’area. In odontoiatria costituisce una base per la realizzazione di impronte dentali
- Alimentare quale coagulante nella produzione del tofu
- Edile nella realizzazione dello stucco. Inoltre è il costituente principale delle lastre di cartongesso per pareti divisorie, rivestimenti fonoisolanti e termoisolanti, rivestimenti resistenti al fuoco e controsoffitti. Viene aggiunto in piccole quantità agli altri costituenti del cemento durante la sua fabbricazione per controllarne la presa.
il 10 Ottobre 2021