Představte si látku, která má vliv na přírodu po celém světě a je součástí každodenního života každého člověka. Každý z nás přitom konzumuje přibližně 100 miligramů této látky denně. Přesto nebyla v historii nikdy vyrobena v čisté formě až do letošního roku.
Tato látka je kalsiumhydrogenuhličitan, známý také jako kalsiumbikarbonát, s chemickým vzorcem Ca(HCO₃)₂. Tým čínských chemiků se nyní podařilo poprvé v historii vyrobit tuto anorganickou minerální látku, informoval o tom portál Chemistry World v říjnu tohoto roku. Pro více zajímavostí se můžete přihlásit k jejich bezplatnému zpravodaji, který každý den shrnuje nejzajímavější články.
Historie výzkumu
Nebyla nouze o pokusy. Chemici předpověděli existenci kalsiumhydrogenuhličitanu téměř před 200 lety. Tajemství kalsiumhydrogenuhličitanu spočívá v tom, že obvykle není stabilní v pevném stavu. Ve vodném roztoku se naopak kalsiumhydrogenuhličitan chová stabilně.
Ve skutečnosti je Ca(HCO₃)₂ nejběžnější formou vápníku ve sladkých vodách a tedy i v pitné vodě. Tak každý člověk konzumuje denně alespoň 100 miligramů kalsiumhydrogenuhličitanu. (K výpočtům této hodnoty se vrátíme níže.)
Vlastnosti ve pevném stavu
Ve pevném stavu se situace mění. Pokusy o sražení kalsiumhydrogenuhličitanu obvykle vedou k tvorbě běžného vápeníku CaCO₃. Jakmile se vápenec rozpustí ve vodě, okamžitě se tvoří kalsiumhydrogenuhličitan, pokud je pH roztoku přibližně neutrální nebo mírně zásadité, mezi hodnotami 6–10.
Kalsiumhydrogenuhličitan by neměl být zaměňován s vápenatým uhličitanem (bez fráze „hydro“) ani s natriumhydrogenuhličitanem NaHCO₃. Druhá látka je známá jako jedlá soda, která zahrnuje hydrogenuhličitan s negativním iontem, avšak pozitivním iontem je natrium místo vápníku.
Objev řešení s použitím ethanolu
Tým vedený Ruikangem Tangem nalezl nový způsob, jak vyřešit tento problém, když začali krystalizovat kalsiumhydrogenuhličitan z ethanolu, což je běžný alkohol. Bez použití alkoholu by nebylo možné dosáhnout úspěšné chemické reakce.
Krystaly kalsiumhydrogenuhličitanu se srážely z bezvodného ethanolu obsahujícího chlorid vápenatý a amoniak po přidání oxidu uhličitého. Vzhledem k tomu, že amoniak činil roztok mírně, ale ne příliš alkalickým, oxid uhličitý se transformoval na hydrogenuhličitan a srážel se na dno v přítomnosti vápníku.
Krystalizace z ethanolu byla možná, protože v něm ionty hydrogenuhličitanu se nerozkládají na uhličitan téměř tak snadno, jako ve vodě. V tomto ohledu je třeba poznamenat, že jako organické rozpouštědlo etanol nedokáže solí rozpouštět tak dobře jako voda.
Vědecké ověření
Analýza krystalů pomocí rentgenové difrakce ukázala, že krystalová struktura kalsiumhydrogenuhličitanu je podobná kalsiumkarbonátu. Nicméně krystal je atomově méně hustý, což znamená, že atomy zabírají méně místa než v kalsiumkarbonátu.
V článku týmu Tanga je jako první autor uveden Kangren Kong, což značí primární odpovědnost za praktickou práci. Článek byl publikován v uznávaném časopise časopisu American Chemical Society.
Výpočet denní dávky
Denní dávka kalsiumhydrogenuhličitanu, kterou lidé získávají z pitné vody, se vypočítává na základě obsahu vápníku a hydrogenuhličitanů v této vodě. Následující výpočet vychází z analytických údajů o vodě z vodovodu ve Finsku, poskytnutých HSY.
Pitná voda ve Finsku obsahuje kalsium v množství 18 miligramů na litr, což odpovídá 0,45 milimoli na litr. Ionů hydrogenuhličitanu voda obsahuje 0,73 mmol/L.
Vzhledem k tomu, že ve vzorci Ca(HCO₃)₂ je zapotřebí dvojnásobné množství iontů hydrogenuhličitanu než vápníku, limitujícím faktorem je v tomto případě hydrogenuhličitan. Aby byl vápník limitujícím faktorem, musela by být koncentrace hydrogenuhličitanu alespoň 0,90 mmol/L.
Výpočet koncentrace kalsiumhydrogenuhličitanu je tedy 0,73 / 2 = 0,365 mmol/L. Když to vynásobíme molární hmotností Ca(HCO₃)₂, která je 162,08 g/mol, dostaneme hmotnostní koncentraci 59 mg/litr.
Jelikož průměrný člověk denně vypije přibližně dvě litry vody, dostává se k odhadované hodnotě 100 mg denně.
Variabilita příjmu a závěrečné poznámky
Příjem se samozřejmě liší v závislosti na tvrdosti místní pitné vody, tedy na obsahu vápníku v ní. Vzhledem k tomu, že v Finsku je voda většinou měkká, jak tomu je i v Helsinkách, většina lidí na světě dostává ze své pitné vody zřejmě větší dávky.
Celkově obsahuje helsinská pitná voda přibližně 99,99 % vody a 0,01 % rozpuštěných látek. Kalsiumhydrogenuhličitan tvoří tedy podstatnou část všech rozpuštěných látek ve vodě.
Technický poznámka: V předchozím výpočtu nebylo zohledněno, že koncentrace v solných roztocích není jednoznačně definována, s výjimkou možných odchylek. Pouze koncentrace volných iontů jsou jednoznačné – jejich kombinace v soli jsou již zčásti interpretovány.
Příspěvek byl napsán diplomovaným inženýrem chemického inženýrství.
