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硫酸鈣

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硫酸鈣（calcium sulfate）是一種無機化合物，化學式為CaSO4，白色結晶性粉末，無臭，具澀味，密度2.960克/立方厘米，微溶於水、甘油，不溶於乙醇。 [1-3] 
硫酸鈣在食品加工、建築工業、造紙工業等方面具有應用。 [3] 
中文名
硫酸鈣 [9] 
外文名
calcium sulfate [9] 
別    名
無水硫酸鈣 [9] 
化學式
CaSO4
分子量
136.141 [9] 
CAS登錄號
7778-18-9 [9] 
EINECS登錄號
231-900-3 [9] 
熔    點
1297 ℃(1000℃以上易分解)
水溶性
微溶
密    度
2.960 g/cm³ [9] 
外    觀
白色結晶性粉末
應    用
食品加工、建築工業、造紙工業等
危險性符號
T,N,Xi
UN危險貨物編號
3077 9/PG 3 [9] 

目錄

  1. 1 理化性質
  2. ▪ 物理性質
  3. ▪ 化學性質
  4. 2 製備方法
  5. ▪ 工業製備
  6. ▪ 實驗室製法
  1. 3 計算化學數據
  2. 4 應用領域
  3. ▪ 食品加工
  4. ▪ 工業生產
  5. ▪ 農業
  6. ▪ 醫藥
  1. 5 安全措施
  2. ▪ 健康危害
  3. ▪ 危害防治
  4. ▪ 安全標誌
  5. 6 檢測方法

硫酸鈣理化性質

硫酸鈣物理性質

硫酸鈣為白色結晶性粉末，無臭，具澀味，密度2.960克/立方厘米，微溶於水、甘油，不溶於乙醇。具有吸濕性，通常含有2個結晶水，128℃失去1分子結晶水，163℃全部失水，自然界中以石膏礦形式存在。分子量為136.14，為無色單斜晶系，天然產的因含有不純物稍帶青色，也有準安定單斜晶系，在1193℃時轉為單斜晶系。解離壓：1200攝氏度時為400帕，1360攝氏度時為5400帕。折射率α：1.570；β：1.575；γ：1.614。硬度2.5-3.5，光軸角為+42°，線膨脹係數（12～25攝氏度時）為0.000025每攝氏度。彈性模數為3600牛頓每平方毫米，壓縮係數為2.45-1.53×106兆帕每平方釐米，磁化率為-49.7。 [1]  [3]  [5]  硫酸鈣溶解度及比熱如下：
硫酸鈣溶解度
温度（攝氏度）
0
10
30
40
60
70
100
溶解度（克每百毫升溶液）
0.1959
0.1928
0.2090
0.2097
0.2047
0.1996
0.1619
參考資料： [5] 
硫酸鈣比熱
温度（K）
53.5
94.6
140.7
192.2
230.3
278.7
295.7
比熱（J/g·K）
0.03313
7.595
0.1094
1.367
1.523
1.694
1.744
注：試樣中有0.09%CaSO4·2H2O，參考資料： [6] 

硫酸鈣化學性質

  • 受熱分解
硫酸鈣加熱到1000攝氏度分解，化學方程式：2CaSO4
2CaO+2SO2↑+O2↑。 [5] 
  • 與酸反應
硫酸鈣和濃硫酸反應，溶解為硫酸氫鈣，化學方程式：CaSO4+H2SO4(濃)=Ca(HSO4)2。 [5] 
  • 與氣體反應
硫酸鈣溶液和氨氣、二氧化碳反應，生成碳酸鈣沉澱和硫酸銨，化學方程式：H2O+CaSO4+2NH3+CO2=CaCO3+(NH4)2SO4。 [5] 
  • 和鹽反應
硫酸鈣和鉀鹽在80攝氏度條件反應，生成鉀石膏：K2SO4+CaSO4+H2O
K2SO4·CaSO4·H2O；或K2SO4+5CaSO4+H2O
K2SO4·5CaSO4·H2O。 [5] 
硫酸鈣與碳酸銨反應則產生碳酸鈣沉澱和硫酸銨溶液：CaSO4+2H2O+(NH4)2CO3=CaCO3+(NH4)2SO4。 [5] 

硫酸鈣製備方法

硫酸鈣工業製備

1.由天然石膏礦除淨雜質、泥土於電爐上加熱至300℃煅燒磨粉而得硫酸鈣。 [3] 
2.氨鹼法的副產物氯化鈣中加入硫酸鈉，通過氯化鈣一硫酸鈉沉澱法，產物經精製而得，反應方程式：
CaCl2+Na2SO4=CaSO4↓+NaCl。 [3] 
3.有機酸製造時的副產物。例如，製造草酸時所得的草酸鈣用硫酸分解，精製而得。反應方程式：
CaC2O4+2H2SO4=CaSO4+2CO2↑+2H2O+SO2↑ [3] 
4.以二水硫酸鈣為原料，溶於水形成的懸浮液在密閉反應釜中不斷攪拌，加熱到一定的温度，達到一定的壓力後即得到硫酸鈣晶須。或者在一定的温度下，使高濃度的二水硫酸鈣在酸性溶液中轉變為針狀或纖維狀的晶須。 [3] 

硫酸鈣實驗室製法

硫酸鈣在實驗室通常可用可溶性鈣鹽與硫酸鹽作用製取，如：
Ca(H2PO4)2+Fe2(SO4)3=CaSO4+ 2FePO4+2H2SO4。 [7] 

硫酸鈣計算化學數據

1.氫鍵供體數量：0 [9] 
2.氫鍵受體數量：4 [9] 
3.可旋轉化學鍵數量：0 [9] 
4.互變異構體數量：0
5.拓撲分子極性表面積：88.6 [9] 
6.重原子數量：6 [9] 
7.表面電荷：0 [9] 
8.複雜度：62.2 [9] 
9.同位素原子數量：0 [9] 
10.確定原子立構中心數量：0 [9] 
11.不確定原子立構中心數量：0 [9] 
12.確定化學鍵立構中心數量：0 [9] 
13.不確定化學鍵立構中心數量：0 [9] 
14.共價鍵單元數量：2。 [3] 

硫酸鈣應用領域

硫酸鈣食品加工

硫酸鈣結構 硫酸鈣結構
硫酸鈣可作麪粉處理劑（作為過氧化苯甲酰的稀釋劑），最大使用量1.5克每千克；在食品加工中作凝固劑。用於製造豆腐，每升大豆約添加14-20克於豆乳內（過量會發生苦味）。按0.15%添加於小麥粉內，用作酵母食料、麪糰調節劑。添加於番茄、土豆罐頭用作組織強化劑。釀造啤酒用作水的硬化劑、酒的風味增強劑。還可用作營養增補劑。 [1]  [3] 

硫酸鈣工業生產

  1. 建築工業：硫酸鈣在建築工業中可用於建材、隔熱材料、塗料、增強材料等。硫酸鈣晶須具有良好的摩擦、保温、隔熱、防火、非導體絕緣等性能，可代替石棉作為摩擦材料、保温隔熱材料以及防火（阻燃）材料。在混凝土外加劑中作為早強劑，一般摻量在3％左右，用以調節凝結時間且混磨於水泥中。當混凝土中摻入硫酸鈣時則有明顯的早強作用。
  2. 造紙工業：硫酸鈣用於造紙工業，可代替部分或大部分紙漿。長徑比小於等於50的可作紙張的高級填料，這樣可以大大增加紙的產量，減少木材消耗，有利於保護環境，減少廢水污染。
  3. 化工工業：在化工工業可做增強材料，無水硫酸鈣晶須可在塑料造粒時使用，以增強塑料粒子的強度，耐高温性能，並降低成本。在聚氯乙烯、聚乙烯、丙烯、聚苯烯等塑料生產中可以增強產品各個方面的性能，提高精細度、尺寸的穩定性、表面光潔度、拉伸強度、彎曲強度、彎曲彈性率和熱變形温度，並減少設備的磨損。作為瀝青填料可以顯著提高瀝青的軟化點。 [1]  [3] 

硫酸鈣農業

硫酸鈣在農業中可用作化肥，能降低土壤鹼度，改善土壤性能。 [1]  [3] 

硫酸鈣醫藥

硫酸鈣用作骨移植替代物已有很長的歷史。早在1892年，Dreesman就用硫酸鈣填充治療骨缺損，9例中6例完全治癒。以後許多學者進行了類似的探索並獲得成功,未發現與硫酸鈣相關的併發症。眾多研究和成功的臨牀應用表明硫酸鈣陶瓷具有以下特點：生物相容性良好；植入體內後可被生物降解；具有骨傳導性；具有良好的微孔性；強度較低。 [8] 

硫酸鈣安全措施

硫酸鈣健康危害

鈣與硫酸根是人體正常成分，並且硫酸鈣溶解度小，很難在消化道吸收。所以硫酸鈣幾乎無毒。ADI不作特殊規定(FAO/WHO，1994)。 [2] 

硫酸鈣危害防治

硫酸鈣與重氮甲烷混合反應放熱,，爆炸；與磷化物混合高温自燃；熱分解排出有毒硫氧化物煙霧，一種公害塵。儲運時須保證庫房低温通風乾燥。 [1] 

硫酸鈣安全標誌

危險品標誌：T，N，Xi；
危險類別碼：49-42/43-51/53-36/37-68-60-50/53；
安全説明：53-22-36/37-45-60-24/25-36-26-61；
危險品運輸編號：UN30779/PG3。 [1] 

硫酸鈣檢測方法

取試樣約0.2克，精密稱定，加稀鹽酸10毫升，水100毫升，使溶解，在攪拌情況下，加入0.05摩爾每升乙二胺四醋酸二鈉液20毫升，再加入20%氫氧化鈉溶液15毫升，紫脲酸銨指示劑（取紫脲酸銨0.1克，加氯化鈉使成20克，即得）0.2-0.3克，繼續用0.05摩爾每升乙二胺四醋酸二鈉液滴至溶液由桃紅色變為紫色。每1毫升的0.05摩爾每升乙二胺四醋酸二鈉液相當於6.307毫克的硫酸鈣，進而計算純度。 [4] 
參考資料
  • 1.    硫酸鈣 CAS#: 7778-18-9  ．chemical book[引用日期2022-09-01]
  • 2.    郝利平等. 食品添加劑[M]. 北京：中國農業大學出版社, 2016.07:228-229.
  • 3.    無水硫酸鈣  ．物競數據庫[引用日期2022-09-01]
  • 4.    潘賢主編. 藥品質量監督與藥品管理全書 下[M]. 北京：中國環境科學出版社, 1999.08:1313.
  • 5.    薛自義，王清明，鄭喜玉等編著. 製鹽工業手冊[M]. 北京：中國輕工業出版社, 1994.02:45-51.
  • 6.    馬慶芳，方榮生，項立成，離舜. 實用熱物理性質手冊[M]. 北京：中國農業機械出版社, 1986.01:239.
  • 7.    何少華主編. 中學化學單質和化合物性質詞典[M]. 瀋陽：遼寧教育出版社, 2000:123.
  • 8.    曲遠方主編. 現代陶瓷材料及技術[M]. 上海：華東理工大學出版社, 2008.05:361-362.
  • 9.    硫酸鈣  ．化源網[引用日期2022-10-27]