Carbonate de calcium

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Introduction

Carbonate de calcium

Général
Nom IUPAC
Synonymes	Calcite
N CAS	471-34-1
N EINECS	207-439-9
PubChem	10112
N E	E170(i)
SMILES
InChI
Apparence	poudre ou cristaux sans goût, sans odeur.
Propriétés chimiques
Formule brute	CCaO₃CaCO₃
Masse molaire	100,087 ± 0,006 g·mol 216.8
Propriétés physiques
T° fusion	(décomposition) : 825 °C
T° ébullition	décomposition
Solubilité	dans l'eau : nulle
Masse volumique	2,7–2,9 g·cm
Thermochimie
S	93 J/mol·K
ΔH	-1154 kJ/mol
ΔH	-1207 kJ/mol
Précautions
SIMDUT
Produit non contrôlé
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le carbonate de calcium (CaCO₃) est composé d'un ion carbonate (CO₃) et d'un ion calcium (Ca), sa masse molaire est de 100 g/mole.

C'est le composant principal du calcaire et de la craie, mais également du marbre. C'est aussi le principal constituant des coquilles d'animaux marins, le corail et des escargots.

C a^{2 +} + C O_{3}^{2 -} \to CaC O_{3}

Le carbonate de calcium cristallise naturellement avec deux formes cristallines principales: l'aragonite et la calcite. Les deux autres formes cristallines sont plus rares: la vatérite & un hexahydrate, forme intermédiaire peu stable qui évolue vers la calcite. Il peut se présenter, dans les processus de cristallisation, sous forme de colloïde contenant de fins cristaux des formes plus stables.

L'ion bicarbonate est à la base de la formation du carbonate de calcium (CaCO₃) qui est insoluble dans l'eau et est le constituant principal du calcaire :

C a^{2 +} + 2HC O_{3}^{-} \to CaC O_{3} + H_{2} C O_{3}

(H₂CO₃ est l'acide carbonique)

Par contre, en milieu acide, le carbonate de calcium se transforme en bicarbonate de calcium (Ca(HCO₃)₂ ou Ca , 2 HCO₃), très soluble dans l'eau.

C'est donc formellement un sel, d'une base faible (Ca(OH)₂ - pKa = 12,6) et d'un acide faible (H₂CO₃ - pKa = 6,35), capable de réagir avec les acides pour donner des sels de calcium, de l'eau et du dioxyde de carbone, qui est à la pression atmosphérique et à température ambiante, gazeux et volatil :

CaC O_{3} + 2 H_{3} O^{+} \to C O_{2} + 3 H_{2} O + C a^{2 +}

CaC O_{3} + 2RCOOH \to C O_{2} + H_{2} O + Ca (RCOO)_{2}

À partir de 800 °C, il se forme une réaction de décomposition fortement endothermique :

CaC O_{3} \to CaO + C O_{2}

CaO est la chaux vive, qui fait l'objet d'une importante industrie. C’est d'ailleurs pour cette réaction que le carbonate de calcium porte, dans certaines industries, le nom de carbonate de chaux, qui était l'ancien nom avant que le calcium ne soit isolé.

Chimie de l'état naturel

Le carbonate de calcium est très faiblement soluble dans l’eau pure (de l'ordre de 15 à 20 mg·l à 25 °C), mais soluble dans l’eau chargée de dioxyde de carbone. Or la solubilité des gaz dans l’eau augmente avec la pression et, contrairement à celle de la plupart des solides, diminue lorsque la température augmente. Ceci explique certains phénomènes naturels.

Par exemple, le carbonate de calcium se dépose dans les chaudières et sur le fond des bouilloires. Il se dépose aussi à la sortie des robinets, où la pression diminue brusquement.
Certaines sources, appelées pétrifiantes, aux eaux très riches en dioxyde de carbone, contiennent une très grande quantité de carbonate de calcium. En arrivant à l’air libre, elles perdent leur dioxyde de carbone et déposent en partie le carbonate dissout. Des objets exposés quelques jours à l’action de ces eaux se trouvent incrustés dans une couche de calcite.
Un phénomène analogue explique les concrétions des grottes. L’eau, chargée de dioxyde de carbone, dissout le calcaire des roches qu’elle traverse et, en arrivant au contact de l’air, plus chaud, des cavités, elle dépose la calcite transportée. Celle-ci s’accumule en stalactites aux endroits où l’eau se détache du plafond ou en stalagmites aux endroits où les gouttes d’eau tombent sur le sol.

La biochimie de la sécrétion de leur coquille par les mollusques, et de la formation du squelette chez les animaux, n'est pas encore totalement comprise. Mais il est probable que la teneur des gaz en dissolution joue un rôle primordial.

Et sur Mars ?

Le carbonate de calcium est sur la planète Terre, un marqueur fort de la présence passée et actuelle de la vie. Sur Mars, voilà plusieurs décennies que des engins automatiques, en orbite ou en surface, tentent d'en détecter la présence. Sans succès jusqu'à la sonde américaine Phoenix Mars Lander, qui selon un communiqué de la NASA datant du 29 septembre 2008, aurait grâce à ses instruments TEGA et MECA, découvert dans le sous-sol, la présence de carbonate de calcium.

Bibliographie

Le Carbonate de Chaux, J. DEDEK, Librairie Universitaire Louvain , 1966