في الكيمياء تظهر مادة كبريتات الكالسيوم وهي أحد مركبات الكالسيوم على شكل مسحوق أبيض عديم الرائحة أو مادة صلبة بلورية عديمة اللون، حيث أنه تحتوي البلورات في بعض الأحيان على مسحة زرقاء أو رمادية أو ضاربة إلى الحمرة أو يمكن أن تكون حمراء قرميدية، ويمتلك كثافة مقدارها 2.96 جم لكل سم مكعب.
كبريتات الكالسيوم
- كبريتات الكالسيوم والذي يعرف بالجبس (CaSO4 · 2H2O) وهو عبارة عن معدن طبيعي يستخدم في أنواع مختلفة من التطبيقات الصناعية، وعند التسخين فوق 120 درجة مئوية يتم إطلاق جزء من الماء المرتبط كيميائيًا وتتكون كبريتات الكالسيوم المعدنية المختلفة مثل نصف هيدرات ذو الصيغة الكيميائية التالية (CaSO4 · 0.5H2O، تتشكل عند 130-160 درجة مئوية) والأنهيدريت (CaSO4، تتشكل عند 290-900 درجة مئوية).
- يؤدي تفاعل هذا الجبس المجفف جزئيًا أو كليًا مع الماء إلى تكوين وتفاعل تبلور وهو أساس العمل كعامل رابطة، علما أنه يتم تكوين كميات ضخمة من الجبس الصناعي كمنتج ثانوي لأكسدة الكبريتيد لإنتاج حامض الكبريتيك، وهناك مصدر آخر للمنتجات الثانوية للجبس هي محطات الطاقة الكهربائية التي تعمل بالفحم مع وحدة إزالة الكبريت من غاز المداخن (FGD).
- يستخدم ما يسمى بجبس (FGD) على نطاق واسع مع وبدون معالجة إضافية في صناعة البناء (على سبيل المثال لألواح الجبس الجبسية)، بما في ذلك الملاط الجاف القائم على الجبس، ويدخل في صناعة البناء إذ يستخدم الجبس بشكل أساسي كمواد رابطة في ألواح الجبس وألواح ألياف الجبس والكتل الجصية تليها تطبيقات الملاط الجاف مثل الجص والجبس، كما وتتميز المواد القائمة على الجبس على عكس الملاط الأسمنتي بمقاومة محدودة جدًا للماء.
- تعمل البوليمرات الكارهة للماء ذات الخصائص الإضافية الطاردة للماء على تحسين مقاومة الماء بشكل كبير لمدافع الهاون القائمة على الجبس أو الأنهيدريت، بحيث يمكن استخدامها حتى في البيئات الرطبة.
- إن مادة كبريتات الكالسيوم (CaSO4) والمعروفة أيضًا باسم جص باريس هي عبارة عن مادة بلورية موصلة للعظم، علما أنه قد تمت كتابة عدد من المراجعات حول استخدام كبريتات الكالسيوم في الطب وطب الأسنان، وهناك تقارير عن استخدام كبريتات الكالسيوم في الجسم الحي تتضمن ترسب عظم مضيف إسفنجي أثناء إعادة امتصاص مادة الكسب غير المشروع.
- إن مادة كبريتات الكالسيوم غير مناسبة للتركيب الهيكلي وفي التطبيقات السريرية نظرا لقابليتها للتحلل البيولوجي السريع، ومن الناحية السريرية يتم استخدامه في أشكال الكريات وحدها كتعليق قابل للحقن أو بالاشتراك مع مواد أخرى.
- ومن المثير للاهتمام أنه عندما تذوب كبريتات الكالسيوم فإنها تحمض البيئة المحلية، مما يؤدي إلى تأثير مضاد للميكروبات، علما أن بعض الكالسيوم يترسب مع أيونات الفوسفات المحلية مثل (HA)، لقد تم تطويره أيضًا كبديل للطعم العظمي للتكيسات العظمية وكحامل للمضادات الحيوية لمنع العدوى.
- إن كبريتات الكالسيوم مادة غير قابلة للاحتراق، ولكنه يتحلل ليعطي أكاسيد الكبريت السامة، ولكن فقط عند درجة حرارة عالية جدًا (> 1500 درجة مئوية)، كما أنها ذات فعالية منخفضة بشكل عام، ولكنها قد تعمل كعامل مؤكسد غير متوافق مع الديازوميثان والألمنيوم والفوسفور.
- هناك أشكال معينة تتفاعل كبريتات الكالسيوم مع الماء، وهناك أشكال لا تتفاعل، حيث يتم تصنيع أنهيدريت غير قابل للذوبان أو الجبس المحترق الميت عن طريق تجفيف ثنائي هيدرات كبريتات الكالسيوم (الجبس) عند درجة حرارة عالية (> 600 درجة مئوية).
- في درجة حرارة الغرفة يذوب الأنهيدريت غير القابل للذوبان ببطء شديد إلى حد 0.24 جم لكل 100 جرام من الماء ولا يمتص الرطوبة من الهواء، علما أن الأنهيدريت قابل للذوبان ويتم الحصول عليه عن طريق عملية تسخين ثنائي هيدرات كبريتات الكالسيوم عند درجة حرارة أقل من 300 درجة مئوية، علما أن له قابلية عالية للماء ويستخدم كمجفف، كما وتمتص مادة الأنهيدريت القابلة للذوبان الماء لتكوين هيدرات كبريتات الكالسيوم (جص باريس).
- يتوفر ثنائي هيدرات كبريتات الكالسيوم بشكل عام على الفور في معظم الأحجام، كما يمكن النظر في أشكاله عالية النقاء، علما أن مركبات الكبريتات هي أملاح أو إسترات حمض الكبريتيك المتكونة عن طريق استبدال أحد الهيدروجين أو كليهما بمعدن، كما أن معظم مركبات الكبريتات المعدنية قابلة للذوبان في الماء بسهولة لاستخدامات مثل معالجة المياه.
- من الممكن أن يتم العثور على كبريتات الكالسيوم بشكل طبيعي في الحجر الجيري، كما ويتم الحصول على كبريتات الكالسيوم المتاحة تجارياً من الجبس.
الإنتاج التجاري لكبريتات الكالسيوم
يتم إنتاج مادة كبريتات الكالسيوم تجاريًا من خلال عمليتين، وذلك اعتمادًا على النوع، كما سيتم وصف كل نوع كالتالي:
- (USG Terra Alba):
- الطحن: يتم طحن الجبس عالي النقاء (مع 20٪ ماء من التبلور) إلى حجم الجسيمات المطلوب.
- فصل الهواء: يسخن الجبس عند درجات حرارة أعلى من 50 درجة مئوية (122 درجة فهرنهايت) ويتم إطلاق جزء من ماء التبلور، وعند 180 درجة مئوية (356 درجة فهرنهايت) يتم إطلاق أكثر من 75٪ من الماء ويتم التبخر الكامل عندما تتجاوز درجة الحرارة 400 درجة مئوية (752 درجة فهرنهايت).
- (Snow White Filler): كالسينج: يسخن الجبس إلى درجات حرارة من 300 – 450 درجة مئوية (572 – 842 درجة فهرنهايت) في وجود بخار في مفاعل تكليس، الطحن: يتم طحن كبريتات الكالسيوم اللامائية إلى حجم الجسيمات المطلوب.
تطبيقات كبريتات الكالسيوم
- تُستخدم مادة كبريتات الكالسيوم بشكل أساسي في إنتاج الخبز وفي تقوية دقيق الخبز والبسكويت والبراونيز والخبز، وعندما يتم استخدام كبريتات الكالسيوم فإنه يجب مراعاة بعض الاعتبارات:
- كعامل تبييض دقيق: حيث يخلط مع البنزويل بيروكسايد بنسبة لا تزيد عن 6: 1 بالوزن.
- عامل مضاد للتكتل: حيث أنه يمنع تكتل البودرة أو تكتلها، وهو مساعد التلوين إذ يساعد في الحفاظ على اللون في الطلاءات، وهو مقوي العجين حيث يعمل على تعديل النشا والغلوتين من أجل توفير عجين أكثر ثباتًا، ويستخدم عامل الثبات إذ يمنع الانهيار أثناء المعالجة.
- يدخل مركب كبريتات الكالسيوم في علاج تبيض الدقيق، وله دور كمساعد للتخمر، حيث يوفر الغذاء لتحسين الخميرة، وهو مكمل غذائي إذ يوفر الكالسيوم لقيمته الغذائية، وهو مُثبِّت ومُكثِّف حيث يمنح الجسم قوامًا مُحسَّنًا، وهو (Texturizer) إذ يحسن الملمس الجيد المخبوز.
- كبريتات الكالسيوم عبارة عن منظم للأس الهيدروجيني إذ أنه يعمل كمخزن للأس الهيدروجيني ومساعد في المعالجة، علما أنه يعتبر آمنًا للاستهلاك اليومي حتى 8.5 جرام من كبريتات الكالسيوم اللامائية يوميًا، وهذه القيمة تقابل 2500 مجم من الكالسيوم يوميًا.
المستويات النموذجية لاستخدام كبريتات الكالسيوم في المنتجات الغذائية الشائعة:
| المنتج الغذائي | مستوى الاستخدام |
|---|---|
| السلع المخبوزة | 1.3 % |
| (Confections and Frostings) | 3.0 % |
| حلويات الألبان المجمدة | 0.5 % |
| الجيلاتين والحلويات | 0.4 % |
| منتجات المعكرونة والحبوب | 0.5 % |
| جميع المنتجات الأخرى | 0.07 % |
