VUE D’ENSEMBLE
Le sulfate de calcium (KAL-see-um SUL-fate) se présente sous trois formes :
- sulfate de calcium anhydre (CaSO4) ; la forme anhydre du sulfate de calcium est disponible sous deux formes, connues sous le nom d’anhydrite insoluble et d’anhydrite soluble ;
- sulfate de calcium dihydraté (CaSO4-2H2O), également connu sous le nom de blanc minéral, terra alba, spar léger, sulfate de calcium précipité, sulfate de calcium natif, et par d’autres noms ;
- sulfate de calcium hémihydraté (CaSO4-1/2H2O), également connu sous le nom de plâtre de Paris et de gypse séché;
Faits essentiels
Autres noms :
Gypse anhydre ; voir aussi Aperçu pour les synonymes d’hydrates
FORMULE:
CaSO4
ÉLÉMENTS :
Calcium, soufre, oxygène
TYPE DE COMPOSITION:
Sel (inorganique)
ÉTAT:
Solide
Poids moléculaire:
136.14 g/mol
Point de fusion :
1460°C (2660°F)
Point d’ébullition :
Sans objet
Solubilité :
Insoluble dans l’eau et la plupart des solvants organiques
Les propriétés physiques des trois formes de sulfate de calcium diffèrent quelque peu les unes des autres, mais leurs propriétés chimiques sont essentiellement les mêmes. Le sulfate de calcium anhydre et l’hémihydrate de calcium sont de fines poudres blanches inodores ou des solides cristallins, tandis que le dihydrate peut se présenter sous forme de poudre ou de grumeaux blancs. Les deux hydrates se transforment en forme anhydre par chauffage, par exemple : CaSO4-2H2O → CaSO4 + 2H2O.
Le sulfate de calcium anhydre est essentiellement insoluble dans l’eau. Comme leur nom l’indique, la forme soluble du composé (anhydrite soluble) est un peu plus soluble dans l’eau que la forme insoluble (anhydrite insoluble). Le dihydrate et l’hémihydrate ne sont que légèrement solubles dans l’eau. Lorsque l’on ajoute de l’eau à l’hémihydrate, il se produit une réaction qui aboutit à la formation d’une masse solide et dure (plâtre de Paris) utilisée pour fabriquer des plâtres, comme ceux utilisés pour maintenir les os cassés en place. Ni la forme anhydre du sulfate de calcium ni le dihydrate ne réagissent de cette manière avec l’eau.
Les formes anhydres et dihydratées du sulfate de calcium sont toutes deux présentes à l’état naturel sous la forme des minéraux anhydrite, angélite, muriacite et karstenite (CaSO4) ; et gypse (CaSO4-2H2O). Ces minéraux sont connus et utilisés par l’homme depuis des milliers d’années. La méthode de transformation du gypse naturel en hémihydrate (plâtre de Paris) est également connue et utilisée depuis très longtemps. Les archéologues ont appris que les Égyptiens ont développé une méthode pour convertir le gypse en plâtre de Paris, qui était ensuite utilisé comme mortiers pour joindre les blocs dans les bâtiments, il y a plus de 5 000 ans.
COMMENT IL EST FAIT
Le gypse est un minéral abondant fournissant un approvisionnement naturel prêt de sulfate de calcium. Le minéral consiste généralement en un mélange des formes anhydres et dihydratées du sulfate de calcium, qui peut être séparé en ses composants. De l’argile, du sable, du calcaire et d’autres impuretés sont également présents dans la plupart des gisements de gypse. Le processus de séparation et de purification commence par le broyage du gypse naturel et son chauffage dans une marmite ouverte à des températures de 100°C à 125°C (212°F à 257°F) pendant quelques heures. Le chauffage transforme le gypse en sulfate de calcium hémihydraté ou anhydre, selon la température de la réaction. La solubilité du produit final peut également être contrôlée par la température utilisée dans le récipient de chauffage et le temps pendant lequel le matériau est chauffé.
De grandes quantités de sulfate de calcium sont également produites comme sous-produit d’autres réactions ou par des procédés synthétiques. La production d’acide phosphorique (H3PO4) à partir d’acide sulfurique (H2SO4) et de roche phosphatée, par exemple, entraîne la formation de sulfate de calcium, qui peut être récupéré et purifié. Le sulfate de calcium peut également être produit lors de la réaction entre d’autres composés de calcium, comme l’hydroxyde de calcium (Ca(OH)2) et l’acide sulfurique.
Utilisations courantes et dangers potentiels
La forme la plus utilisée du sulfate de calcium est le dihydrate, le gypse, qui est une matière première importante dans l’industrie de la construction. Il est utilisé dans la fabrication du ciment Portland, dans les plâtres spécialisés (appelés plâtres de gypse) pour les murs, dans la production de panneaux muraux et dans les blocs et mortiers de ciment. Le gypse est également très utilisé en agriculture comme agent de conditionnement qui ajoute des ions calcium (Ca2+) et des ions sulfate (SO42-) au sol. Le composé est également utilisé comme matière première dans la synthèse d’autres composés de calcium et dans la production de plâtre de Paris.
La forme anhydre du sulfate de calcium a également un certain nombre d’applications pratiques, dont les plus importantes sont la fabrication de ciment et comme charge dans la production de papier. Une charge donne du corps au papier, le rendant plus ferme, plus brillant et plus facile à écrire, à dessiner et à imprimer. L’anhydrite soluble est utilisée comme déshydratant, c’est-à-dire un matériau qui retire l’eau d’autres substances. Elle est généralement vendue sous le nom commercial de Drierite®.
La principale utilisation de l’hémihydrate de calcium est, bien sûr, la production de plâtre de Paris. Le plâtre de Paris a un certain nombre d’applications importantes, telles que :
- Dans la construction de projets d’art et d’artisanat, tels que les masques, les céramiques et les poteries ;
- Pour la production de plâtres utilisés pour immobiliser les os cassés ;
- Comme matériau de construction dans la fabrication de stuc, de cloisons sèches, de panneaux de division, de tablettes de plafond, de plaques de plâtre et d’enduits muraux.
Faits intéressants
- Le sulfate de calcium est utilisé en Chine depuis plus de 2 000 ans pour épaissir le lait de soja dans la production de tofu.
- Une des raisons pour lesquelles le sulfate de calcium hémihydraté est appelé plâtre de Paris est que d’importants gisements de gypse (à partir duquel le plâtre de Paris est fabriqué) existent près de la ville de Paris, en France. Ces dépôts ont longtemps été exploités pour obtenir la forme hémihydratée du sulfate de calcium.
- Les anciens Romains utilisaient le plâtre de Paris pour mouler des copies de statues grecques.
Certaines autres applications importantes du sulfate de calcium comprennent :
- Comme agent raffermissant dans les aliments tels que les légumes en conserve, la crème glacée molle, la crème glacée ordinaire, les glaçages et les gélatines;
- Comme additif aux aliments pour animaux pour fournir le calcium et le sulfate dont les animaux ont besoin dans leur régime alimentaire ;
- Dans la production de poudres à polir;
- Comme pigment de peinture (blanc) ; et
- Dans une variété de procédés métallurgiques, tels que la conversion des minéraux de zinc en zinc métal.
Bien que non toxique, le sulfate de calcium peut irriter les voies respiratoires s’il est inhalé. Il peut provoquer des symptômes tels que la toux, l’essoufflement et des saignements de nez. Le composé peut également irriter la peau et les yeux, provoquant des rougeurs et des douleurs. L’ingestion du composé peut provoquer des douleurs d’estomac, des nausées et des vomissements.
Mots à connaître
DESICCANT Une matière qui élimine l’eau d’autres substances. SYNTHÈSE Réaction chimique dans laquelle un certain produit chimique désiré est fabriqué à partir de produits chimiques de départ simples, ou réactifs.
POUR PLUS D’INFORMATIONS
« Une brève histoire du plâtre et du gypse ». Association internationale des maîtres nageurs sauveteurs. http://www.artmolds.com/ali/history_plaster.html (consulté le 10 décembre 2005).
« Sulfate de calcium. » Programme biologique national. Agricultural Marketing Service. http://www.ams.usda.gov/nop/NationalList/TAPReviews/CaSO4.pdf (consulté le 10 décembre 2005).
« Sulfate de calcium, anhydre, en poudre ». J. T. Baker. http://www.jtbaker.com/msds/englishhtml/c0497.htm (consulté le 10 décembre 2005).