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硫酸钙

硫酸钙又名无水硫酸钙,是一种无机化合物,化学式为CaSO4。硫酸钙是一种白色结晶性粉末,无臭,具涩味,微溶于水、甘油,不溶于乙醇。当硫酸钙与不溶于水的物质接触或遇到碱性物质时,它很容易从溶液中析出,从而引起白色沉淀。它还具有吸湿性,通常含有2个结晶水,128℃失去1分子结晶水,163℃全部失水,自然界中以石膏矿形式存在。硫酸钙在食品加工、建筑工业、造纸工业等方面具有应用。
目录
硫酸钙介绍

硫酸钙(calcium sulfate)是一种无机化合物,化学式为CaSO4,白色结晶性粉末,无臭,具涩味,密度2.960克/立方厘米,微溶于水、甘油,不溶于乙醇。

硫酸钙在食品加工、建筑工业、造纸工业等方面具有应用。

理化性质

物理性质

硫酸钙为白色结晶性粉末,无臭,具涩味,密度2.960克/立方厘米,微溶于水、甘油,不溶于乙醇。具有吸湿性,通常含有2个结晶水,128℃失去1分子结晶水,163℃全部失水,自然界中以石膏矿形式存在。分子量为136.14,为无色单斜晶系,天然产的因含有不纯物稍带青色,也有准安定单斜晶系,在1193℃时转为单斜晶系。解离压:1200摄氏度时为400帕,1360摄氏度时为5400帕。折射率α:1.570;β:1.575;γ:1.614。硬度2.5-3.5,光轴角为 42°,线膨胀系数(12~25摄氏度时)为0.000025每摄氏度。弹性模数为3600牛顿每平方毫米,压缩系数为2.45-1.53×106兆帕每平方厘米,磁化率为-49.7。硫酸钙溶解度及比热如下:

硫酸钙溶解度

温度(摄氏度) 0 10 30 40 60 70 100

溶解度(克每百毫升溶液) 0.1959 0.1928 0.209 0.2097 0.2047 0.1996 0.1619

硫酸钙比热

温度(K) 53.5 94.6 140.7 192.2 230.3 278.7 295.7

比热(J/g·K) 0.03313 7.595 0.1094 1.367 1.523 1.694 1.744

化学性质

受热分解

硫酸钙加热到1000摄氏度分解,化学方程式:2CaSO42CaO 2SO2↑ O2↑。

与酸反应

硫酸钙和浓硫酸反应,溶解为硫酸氢钙,化学方程式:CaSO4 H2SO4(浓)=Ca(HSO4)2。

与气体反应

硫酸钙溶液和氨气、二氧化碳反应,生成碳酸钙沉淀和硫酸铵,化学方程式:H2O CaSO4 2NH3 CO2=CaCO3 (NH4)2SO4。

和盐反应

硫酸钙和钾盐在80摄氏度条件反应,生成钾石膏:K2SO4 CaSO4 H2OK2SO4·CaSO4·H2O;或K2SO4 5CaSO4 H2OK2SO4·5CaSO4·H2O。

硫酸钙与碳酸铵反应则产生碳酸钙沉淀和硫酸铵溶液:CaSO4 2H2O (NH4)2CO3=CaCO3 (NH4)2SO4。

制备方法

工业制备

1.由天然石膏矿除净杂质、泥土于电炉上加热至300℃煅烧磨粉而得硫酸钙。

2.氨碱法的副产物氯化钙中加入硫酸钠,通过氯化钙一硫酸钠沉淀法,产物经精制而得,反应方程式:

CaCl2 Na2SO4=CaSO4↓ NaCl。

3.有机酸制造时的副产物。例如,制造草酸时所得的草酸钙用硫酸分解,精制而得。反应方程式:

CaC2O4 2H2SO4=CaSO4 2CO2↑ 2H2O SO2↑

4.以二水硫酸钙为原料,溶于水形成的悬浮液在密闭反应釜中不断搅拌,加热到一定的温度,达到一定的压力后即得到硫酸钙晶须。或者在一定的温度下,使高浓度的二水硫酸钙在酸性溶液中转变为针状或纤维状的晶须。

实验室制法

硫酸钙在实验室通常可用可溶性钙盐与硫酸盐作用制取,如:

Ca(H2PO4)2 Fe2(SO4)3=CaSO4 2FePO4 2H2SO4。

计算化学数据

1.氢键供体数量:0

2.氢键受体数量:4

3.可旋转化学键数量:0

4.互变异构体数量:0

5.拓扑分子极性表面积:88.6

6.重原子数量:6

7.表面电荷:0

8.复杂度:62.2

9.同位素原子数量:0

10.确定原子立构中心数量:0

11.不确定原子立构中心数量:0

12.确定化学键立构中心数量:0

13.不确定化学键立构中心数量:0

14.共价键单元数量:2。

应用领域

食品加工

硫酸钙可作面粉处理剂(作为过氧化苯甲酰的稀释剂),最大使用量1.5克每千克;在食品加工中作凝固剂。用于制造豆腐,每升大豆约添加14-20克于豆乳内(过量会发生苦味)。按0.15%添加于小麦粉内,用作酵母食料、面团调节剂。添加于番茄、土豆罐头用作组织强化剂。酿造啤酒用作水的硬化剂、酒的风味增强剂。还可用作营养增补剂。

工业生产

1.建筑工业:硫酸钙在建筑工业中可用于建材、隔热材料、涂料、增强材料等。硫酸钙晶须具有良好的摩擦、保温、隔热、防火、非导体绝缘等性能,可代替石棉作为摩擦材料、保温隔热材料以及防火(阻燃)材料。在混凝土外加剂中作为早强剂,一般掺量在3%左右,用以调节凝结时间且混磨于水泥中。当混凝土中掺入硫酸钙时则有明显的早强作用。

2.造纸工业:硫酸钙用于造纸工业,可代替部分或大部分纸浆。长径比小于等于50的可作纸张的高级填料,这样可以大大增加纸的产量,减少木材消耗,有利于保护环境,减少废水污染。

3.化工工业:在化工工业可做增强材料,无水硫酸钙晶须可在塑料造粒时使用,以增强塑料粒子的强度,耐高温性能,并降低成本。在聚氯乙烯、聚乙烯、丙烯、聚苯烯等塑料生产中可以增强产品各个方面的性能,提高精细度、尺寸的稳定性、表面光洁度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性率和热变形温度,并减少设备的磨损。作为沥青填料可以显著提高沥青的软化点。

农业

硫酸钙在农业中可用作化肥,能降低土壤碱度,改善土壤性能。

医药

硫酸钙用作骨移植替代物已有很长的历史。早在1892年,Dreesman就用硫酸钙填充治疗骨缺损,9例中6例完全治愈。以后许多学者进行了类似的探索并获得成功,未发现与硫酸钙相关的并发症。众多研究和成功的临床应用表明硫酸钙陶瓷具有以下特点:生物相容性良好;植入体内后可被生物降解;具有骨传导性;具有良好的微孔性;强度较低。

安全措施

健康危害

钙与硫酸根是人体正常成分,并且硫酸钙溶解度小,很难在消化道吸收。所以硫酸钙几乎无毒。ADI不作特殊规定(FAO/WHO,1994)。

危害防治

硫酸钙与重氮甲烷混合反应放热,,爆炸;与磷化物混合高温自燃;热分解排出有毒硫氧化物烟雾,一种公害尘。储运时须保证库房低温通风干燥。

安全标志

危险品标志:T,N,Xi;

危险类别码:49-42/43-51/53-36/37-68-60-50/53;

安全说明:53-22-36/37-45-60-24/25-36-26-61;

危险品运输编号:UN30779/PG3。

检测方法

取试样约0.2克,精密称定,加稀盐酸10毫升,水100毫升,使溶解,在搅拌情况下,加入0.05摩尔每升乙二胺四醋酸二钠液20毫升,再加入20%氢氧化钠溶液15毫升,紫脲酸铵指示剂(取紫脲酸铵0.1克,加氯化钠使成20克,即得)0.2-0.3克,继续用0.05摩尔每升乙二胺四醋酸二钠液滴至溶液由桃红色变为紫色。每1毫升的0.05摩尔每升乙二胺四醋酸二钠液相当于6.307毫克的硫酸钙,进而计算纯度。

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