L'idrogenocarbonato di calcio è un prodotto atmosferico che si forma quando il carbonato di calcio si scioglie in acqua, liberando gas CO2. Sciogliendosi parzialmente in acqua, l'anidride carbonica forma acido carbonico (o, in termini più semplici, H2CO3). L'acido carbonico si dissocia ulteriormente in idrogenocarbonato (HCO4-), producendo protoni liberi.

L'idrogenocarbonato di calcio è un composto che si forma quando gli ioni di calcio sono disciolti in acqua. Ha la formula molecolare Ca(HCO3)2 e una massa molare teorica di 162,11 g-mol-1 .

L'idrogenocarbonato di calcio non è una sostanza pura, ma esiste solo come soluzione impura. Ciò significa che non può essere prodotto come sostanza pura in condizioni normali e non ha proprietà come il punto di fusione o di ebollizione. La sua solubilità a 20 °C e 1 atm è di 1,66 g per 100 g di H2O ed è quindi notevolmente superiore a quella del carbonato di calcio (1,4 mg per 100 g di H2O a 20 °C).

Il carbonato di calcio è un minerale che si forma quando il calcio e l'anidride carbonica si dissolvono in acqua. È il componente principale del calcare, noto anche come calcite. Il carbonato di calcio è presente sulla superficie terrestre in molte forme diverse, ad esempio nell'arenaria e nel gesso, ma anche nelle conchiglie e nelle barriere coralline.

Il bicarbonato di calcio si forma durante l'erosione del calcare per azione di acqua e anidride carbonica. L'anidride carbonica si dissolve parzialmente con l'acqua per formare acido carbonico, che si dissocia ulteriormente per formare idrogeno carbonato con la formazione di protoni. Allo stesso tempo, piccole quantità di carbonato di calcio si dissolvono in acqua, liberando ioni carbonato. Nella dissoluzione dell'acido carbonico del calcare, una parte equivalente degli ioni idrogeno carbonato proviene quindi dall'acido carbonico e l'altra dalla pietra.

Per mantenere in soluzione l'idrogenocarbonato di calcio è necessaria una certa concentrazione del cosiddetto "acido carbonico associato". Questo è chimicamente identico a qualsiasi altro tipo di acido carbonico; è solo una questione di quantità.

In equilibrio di dissociazione con gli ioni idrogeno carbonato presenti, l'acido carbonico associato fissa il valore del pH dell'acqua a un livello sufficientemente basso affinché la proporzione di ioni carbonato, che a sua volta dipende da questo valore del pH, insieme alla concentrazione di calcio presente, non superi ancora il prodotto di solubilità del carbonato di calcio.

Se nella soluzione è presente una quantità di acido carbonico libero superiore alla quantità corrispondente, questa quantità di acido carbonico viene definita "in eccesso" e può reagire con ulteriore calcare e dissolverlo. La quantità che scioglie ulteriore calcare e si trasforma in ulteriore idrogenocarbonato di calcio viene definita "acido carbonico calcio-aggressivo". Il resto aumenta l'acido carbonico associato a un nuovo livello più alto.

Quando l'acqua evapora o viene riscaldata, l'anidride carbonica fuoriesce dalla soluzione; può anche essere ridotta dalla fotosintesi. Questo sposta l'equilibrio di dissociazione dell'acido carbonico di nuovo nella direzione degli ioni carbonato, cioè verso il lato sinistro dell'equazione di reazione di cui sopra. Di conseguenza, il prodotto di solubilità del carbonato di calcio viene nuovamente superato e si forma nuovamente calcare insolubile. Questo processo è alla base della formazione di sinterizzazione calcarea, travertino o tufo calcareo, ma anche della formazione di sedimenti calcarei (gesso lacustre) nei laghi e negli oceani. Anche il conglomerato di Nagelfluh che si trova nelle Prealpi settentrionali (depositi di molassa o detriti glaciali) può essere formato in questo modo, in quanto la ghiaia o il pietrisco vengono ricoperti dal legante calce per formare un calcestruzzo naturale.

Forse non ve ne rendete conto, ma l'acqua del vostro rubinetto è in realtà un po' acida.

È vero! L'acquedotto aggiunge acido carbonico all'acqua potabile per regolare il valore del pH, in modo che nei tubi di ferro si formi un sottile strato di calcare per evitare la formazione di ruggine. Per non ridurre troppo la sezione dei tubi, il contenuto di anidride carbonica deve essere costantemente regolato. La velocità con cui si raggiunge questo equilibrio dipende dagli ioni presenti: Il carbonato di calcio puro richiede un tempo eccezionalmente lungo, mentre in presenza di ioni estranei (ad esempio Mg2+ o SO42-) si stabilisce molto rapidamente; per questo motivo si utilizza la dolomite per legare l'acido carbonico in eccesso.

Il contenuto di idrogenocarbonato di calcio dell'acqua di rubinetto è il principale responsabile della durezza dell'acqua di rubinetto, che chiamiamo "durezza carbonatica".