Сульфат кальция: получение, применение, растворимость

Автор Михаил Михаэлис December 20, 2023

Сульфат кальция - удивительное вещество с множеством полезных свойств. Этот порошок широко используется в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, кулинарии. Он помогает отбеливать муку, стабилизировать почву, лечить кости и даже готовить вкусную выпечку!

Получение сульфата кальция

Сульфат кальция получают несколькими способами:

При десульфурации дымовых газов на электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Выхлопные газы очищают от оксида серы с помощью известняка, образуя нечистый сульфит кальция. При хранении он окисляется до сульфата.
При производстве фосфорной кислоты из фосфоритов. Фосфат кальция обрабатывают серной кислотой с осаждением сульфата кальция.
При производстве фтористого водорода. Фтористый кальций обрабатывают серной кислотой с осаждением сульфата кальция.
При рафинировании цинка. Растворы сульфата цинка обрабатывают известью для осаждения тяжелых металлов.

Также сульфат кальция можно получить при взаимодействии оксида кальция с серной кислотой:

CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O

Виды и свойства сульфата кальция

Сульфат кальция существует в нескольких кристаллических модификациях:

Дигидрат CaSO4·2H2O - наиболее распространенная форма, белый порошок или бесцветные кристаллы.
Полугидрат CaSO4·0,5H2O - получают при частичной дегидратации дигидрата, используется в строительстве.
Ангидрит CaSO4 - безводный сульфат кальция, встречается в природе как минерал.

Физические свойства сульфата кальция:

Плотность: 2,96 г/см3
Температура плавления: 1450°C
Растворимость в воде: 2,4 г/л (20°C)

По растворимости сульфат кальция относится к труднорастворимым солям. Это означает, что при комнатной температуре в 100 г воды может раствориться не более 2,4 г этого вещества.

Применение сульфата кальция

Благодаря полезным свойствам, сульфат кальция нашел широкое применение:

В пищевой промышленности используется как разрыхлитель теста E516. Он улучшает качество и вкусовые характеристики выпечки.
В сельском хозяйстве применяется для улучшения структуры почвы, а также в качестве серосодержащего удобрения.
В медицине используется для лечения переломов костей, остеопороза.
В строительстве входит в состав гипсокартона, штукатурки, цемента.
В промышленности применяется для очистки дымовых газов, производства серной кислоты.

Кроме того, сульфат кальция входит в состав зубных паст, используется для консервации пищевых продуктов, в литейном производстве и других областях.

Растворимость сульфата кальция

Несмотря на то, что сульфат кальция относится к труднорастворимым солям, он проявляет заметную растворимость в воде и других жидкостях.

В 100 г воды при комнатной температуре может раствориться 2,4 г сульфата кальция. При нагревании растворимость возрастает. Например, в кипящей воде растворяется уже 20 г соли на 100 г растворителя.

Кроме воды, сульфат кальция проявляет заметную растворимость в растворах соляной и азотной кислот, аммиака, хлоридов и нитратов щелочных металлов.

Сравнение свойств сульфата кальция и сульфата натрия

Сульфат кальция часто сравнивают с сульфатом натрия. Эти соли имеют сходный химический состав, но различаются катионами (Ca2+ и Na+) и некоторыми свойствами.

В отличие от сульфата кальция, сульфат натрия хорошо растворим в воде. При комнатной температуре в 100 г воды растворяется 32 г этой соли.

Кроме того, сульфат натрия имеет меньшую плотность - 2,7 г/см3 и более высокую гигроскопичность. Это означает, что он активно поглощает водяной пар из воздуха.

Взаимодействие сульфата кальция с гидроксидом кальция

При смешивании водных растворов сульфата кальция и гидроксида кальция происходит химическая реакция:

CaSO4 + Ca(OH)2 → 2CaSO4·2H2O

В результате образуется осадок в виде кристаллов дигидрата сульфата кальция - наиболее распространенной и стабильной формы этой соли.

Данная реакция широко используется на практике, например в производстве гипсокартонных листов. Суспензия сульфата кальция и известкового молока (водный раствор Ca(OH)2) застывает с образованием твердого гипсового камня.

Термическое разложение сульфата кальция

При нагревании до температуры выше 140°C сульфат кальция начинает разлагаться с образованием безводной соли:

CaSO4·2H2O → CaSO4 + 2H2O

Этот процесс называют кальцинацией или обезвоживанием гипса. Он широко используется для получения вяжущих строительных смесей и изготовления гипсовых форм в литейном производстве.

Применение сульфата кальция в сельском хозяйстве

Благодаря высокому содержанию серы и кальция, сульфат кальция широко применяется в качестве удобрения для выращивания сельскохозяйственных культур.

Он помогает растениям лучше усваивать азот, повышает их устойчивость к засухе и другим стрессам. Также подкормка сульфатом кальция улучшает структуру и водно-воздушный режим почвы.

Сульфат кальция рекомендуется использовать при выращивании рапса, горчицы, зерновых и других сельскохозяйственных культур, нуждающихся в кальции и сере.

Применение сульфата кальция в пищевой промышленности

В пищевой промышленности сульфат кальция широко используется в качестве разрыхлителя теста и улучшителя муки под индексом E516.

Добавление 0,5-1% сульфата кальция в муку или тесто позволяет достичь следующих эффектов:

Улучшение пористости и объема готовых изделий
Придание продуктам приятного сливочного вкуса
Увеличение сроков хранения и свежести выпечки

Также небольшие дозы этой соли используются для стабилизации взбитых сливок, усиления вкуса сыра, сохранения окраски напитков.

Применение гипса в стоматологии

В зубоврачебной практике широко используется гипс - разновидность сульфата кальция с примесями.

Он применяется для изготовления литейных форм, по которым отливаются коронки, мосты и другие ортопедические конструкции.

Также гипс используется для получения диагностических моделей челюстей, по которым зубной техник изготавливает брекет-системы, каппы и другие изделия.