5.3. Сульфат кальция

Сульфат кальция (кальций сернокислый) CaSO₄ – бесцветное кристаллическое вещество ромбической системы, встречающееся в больших количествах в природе в виде минерала ангидрита.

Ангидрит слабо растворяется в воде. (0,1 г в 100 г воды). В смеси с водой практически не затвердевает. Твердость его по шкале Мооса равна 3,0-3,5.

При температуре 1180-1193⁰С происходит полиморфное превращение ангидрита с выделением тепла, а при 1400-1495⁰С он плавится и разлагается по реакции

2CaSO₄ → 2CaO + 2SO₂ + O₂.

Небольшое выделение сернистого газа и кислорода отмечается при температуре 800-1000⁰С.

Давление диссоциации сульфата кальция при температуре равно, кПа: 1200⁰С – 0,399; 1360⁰С – 5,39. В условиях горения пиротехнических составов разложение идет по уравнению

CaSO₄ → CaS + 2O₂ – 949,77 кДж.

Сульфат кальция в природе встречается также в виде дигидрата CaSO₄·2H₂O – мягкого, слоистого минерала моноклинной системы, имеющего плотность 2200-2400 кг/м³ и твердость по шкале Мооса, равную 2. В гипсе слои CaSO₄ связаны слоями воды или водородными мостиками (связь слабая). Растворимость гипса в 100 г воды составляет при температуре, г: 0⁰С – 0,17; 18⁰С – 0,2; 40⁰С – 0,21 и 100⁰С – 0,71.

Дигидрат сульфата кальция при нагревании до температуры 115⁰С в жидкой среде или атмосфере, насыщенной водяным паром, переходит в полугидрат CaSO₄·0,5H₂O α-модификации, а в сухой атмосфере при 107⁰С – в β-полугидрат. При температуре 200-210⁰С α-CaSO₄·0,5H₂O обезвоживается, а выше 220⁰С переходит в α-растворимый ангидрит; β-полугидрат обезвоживается при температуре 170-180⁰С и переходит в β-растворимый ангидрит при 320-360⁰С. Оба этих растворимых ангидрита при температуре выше 450⁰С переходят в нерастворимый ангидрит СаSO₄. Реакция дегидратации протекает с поглощением тепла [83].

Некоторые исследователи отрицают существование отдельных модификаций α- и β-растворимых ангидритов.

5.4. Сульфат бария

Сульфат бария (барий сернокислый) BaSO₄ – бесцветное кристаллическое вещество ромбической системы, встречающееся в природе в виде минерала барита (тяжелого шпата).

Сульфат бария в воде практически не растворяется. Он обладает высокой устойчивостью по отношению к атмосферной влаге, изменению температуры и действию различных газов (например, к сероводороду).

При температуре 1149⁰С наблюдается изменение кристаллической структуры соли.

Термическое разложение сульфата бария становится заметным при температуре, близкой к температуре плавления (~ 1400⁰С). В условиях, соответствующих горению пиротехнических составов, разложение происходит по реакции

BaSO₄ → BaS + 2O₂ – 995,79 кДж.

Начиная с температуры 700⁰С сульфат бария восстанавливается углеродом в присутствии воздуха; максимальная скорость реакции достигается при 1150-1200⁰С. Восстановление протекает по реакции

BaSO₄ + 2C → BaS + 2CO₂ – 185,35 кДж.

Сульфат бария безвреден для организма и широко применяется в медицине.

5.5. Карбонат натрия

Карбонат натрия (натрий углекислый, кальцинированная сода) Na₂CO₃ – в безводном состоянии бесцветное кристаллическое вещество, форма и структура кристаллов которого практически не изучены. В воде карбонат натрия легко растворяется, причем вследствие образования гидратов растворение сопровождается выделением тепла.

Карбонат натрия гигроскопичен. Он поглощает влагу и углекислоту из атмосферы при хранении и перевозках. В свежеизготовленном виде представляет собой порошкообразное вещество, слеживающееся во влажной атмосфере.

Насыпная плотность карбоната натрия зависит от метода получения и составляет, кг/м³: «легкой» соды – 500-600; «тяжелой» соды – 900-1000.

При нагревании карбонат натрия претерпевает полиморфные превращения при температурах 356, 488 и 618⁰С.

При длительном нагревании убыль массы за счет разложения по реакции

Na₂CO₃ → Na₂O + CO₂

становится заметной при температуре 400⁰С (0,33%). Давление диссоциации при температуре составляет, Па: 660⁰С – 226,6; 975⁰С – 759,8; 1750⁰С – 101300.

Смеси карбоната натрия с магнием воспламеняются и сгорают при массовой доле карбоната от 60,5 до 76,4%.

Применяется в качестве пламегасителя в дымовых составах и цветопламенной добавки в составах желтого огня.