carbonate de calcium

Description

Le carbonate de calcium (CaCO₃) est composé d’ions carbonate (CO₃²⁻) et d’ions calcium (Ca²⁺). Cette substance blanche a une masse molaire de 100,1 g/mol.

Le carbonate de calcium est le composant majeur des calcaires comme la craie, mais également du marbre. C’est aussi le constituant principal des coquilles d’animaux marins, du corail et des escargots, ainsi que des coquilles d’œufs des amniotes.

Ca²⁺ + CO₃²⁻ ⇌ CaCO₃.

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 et 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 HCO₃⁻, également appelé hydrogénocarbonate, est à la base de la formation du carbonate de calcium CaCO₃ qui est faiblement soluble dans l’eau et est le constituant principal du calcaire (le calcaire minéral à l’état non pulvérulent est non soluble, le calcaire à l’état pulvérulent (de 2 à 20 μm) est faiblement soluble) :

Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻ ⇌ CaCO₃ + H₂CO₃.

En milieu acide, en revanche, le carbonate de calcium se convertit en bicarbonate de calcium Ca(HCO₃)₂, très soluble dans l’eau. Cette transformation se fait en milieu naturel à partir du gaz carbonique CO₂ plus ou moins dissous dans l’eau H₂O, suivant la pression partielle en CO₂ et la température, qui forme de l’acide carbonique H₂CO₃. Dans ces conditions, les carbonates sont exposés au double équilibre réversible :

CO₂ (gaz) + H₂O ⇌ H₂CO₃ (soluble)

CaCO₃ (insoluble) + H₂CO₃ (soluble) ⇌ Ca(HCO₃)₂ (soluble)

Une présence de dioxyde de carbone dans l’eau entraîne donc une dissolution des carbonates ; mais la quantité de carbonate dissoute dépend de la dissolution du gaz carbonique, et donc de son équilibre avec l’atmosphère. Inversement, une restitution du dioxyde de carbone (induite par des changements de température ou de pression, ou par la présence de micro-algues) inverse la réaction et fait précipiter les carbonates.

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 forts 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 :

CaCO₃ + 2 HCl → CO₂^↗ + H₂O + CaCl₂ ;

CaCO₃ + 2 RCOOH → CO₂^↗ + H₂O + Ca(RCOO)₂.

À partir de 800 °C survient une réaction de décomposition fortement endothermique :

CaCO₃ → CaO + CO₂.

CaO est la chaux vive, qui fait l’objet d’une très grande industrie, la deuxième après le raffinage du pétrole en termes de quantités et de tonnes de CO₂ produites, soit 800 kg de Gaz à Effet de Serre (GES) pour une tonne de ciment, représentant 5 % des émissions de GES au niveau mondial. 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.