Sulfate de calcium

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Sulfate de calcium
Sulfate de calcium
Identification
Nom UICPA sulfate de calcium
Synonymes

anhydrite, sulfate anhydre de chaux

No CAS 7778-18-9
Apparence solide blanc
Propriétés chimiques
Formule brute CaSO4
CaSO4·1/2H2O (hémihydraté)
CaSO4·2H2O (dihydraté)
Masse molaire 136,14 g·mol-1
145,15 g·mol-1 (hémihydraté)
172,172 g·mol-1 (dihydraté)
Propriétés physiques
fusion 1 460 °C (anhydre)
163 °C (hémihydraté)
128 °C (dihydraté)
Solubilité 2,1 g·l-1 (anhydre, 20 °C dans l'eau)
2,04 g·l-1 (dihydraté, 20 °C dans l'eau)
Masse volumique 2,96 g·cm-3 (anhydre)
2,32 g·cm-3 (dihydraté ou gypse)
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le sulfate de calcium est un corps composé chimique minéral anhydre, solide de structure ionique , formé simplement d'un anion sulfate et d'un cation de calcium, de formule chimique CaSO4 et de masse molaire 136,14 g/mol[1].

Il correspond en réalité le plus souvent à un corps minéral naturel, nommé anhydrite, typique des évaporites, assez abondant, quoique caché car il se dégrade en gonflant à l'eau, en engendrant en surface le plus souvent un composé dihydratée, CaSO4·2H2O, minéral emblématique des roches évaporites, encore plus abondant, connu par les minéralogistes ou géologues sous le nom de « gypse »[2]. Il peut aussi former le plus souvent par transformation thermique un corps minéral hémihydraté, CaSO4·1/2H2O, il s'agit de la bassanite ou plus communément un des composés majeurs du « plâtre », poudre blanche obtenue par cuisson du gypse et pilage.

Description avec avertissement préalable[modifier | modifier le code]

Le sulfate de calcium anhydre est l'objet de cette notice, même si les classements d'usage ou d'additifs mentionnent souvent globalement et vaguement la famille des sulfates de calcium. Il ne faut en effet pas confondre le sulfate de calcium avec le dihydrate de sulfate de calcium[3], soit le gypse sous sa forme naturelle ou l'albâtre, une variété compacte de gypse à microcristaux translucides ou blanchâtres. Il ne faut nullement l'assimiler abusivement au plâtre, au plâtre de Paris ou hémihydrate de sulfate de calcium[4] ou bassanite.

De même, il est aberrant de l'identifier au desséchant technique à base d'anhydrite soluble qu'est le drierite commercial. L'anhydrite soluble, poreuse, n'a pas la même structure.

Il apparaît dans les conditions habituelles du laboratoire sous forme d'un solide poudreux cristallin, incolore, blanc ou légèrement coloré, qui peut être défini par exemple comme le sel de calcium de l'acide sulfurique. Il existe néanmoins plusieurs formes polymorphiques, différentes de l'anhydrite de maille rhomboédrique, notamment des formes de maille triclinique, hexagonale ou monoclinique, caractérisées notamment par des densités et indices de réfraction de plus en plus faibles. La forme monoclinique la plus stable à hautes températures, fond à 1450°C.

L'anhydrite, difficile à obtenir en grands cristaux, est faiblement soluble dans l'eau pure, soit 0,298 g pour 100 g d'eau pure à 20°C et 0,1619 g à 100°C. Mis en solution dans l'eau, le sulfate de calcium précipite provoquant la formation de gypse.

Il est soluble dans les acides, ainsi que les solutions diluées des sels d'ammonium ou du peroxodisulfate de sodium.

Stabilité thermostatique et thermodynamique, et morphologies[modifier | modifier le code]

Par calcul d'énergie libre de formation, par exemple à partir de l'oxyde de calcium CaO et du trioxyde de soufre SO3, il est facile de montrer que le sulfate de calcium anhydre CaSO4 obtenu avec un maximum de gain d'énergie est très stable. L'existence de l'anhydrite naturelle en masse énorme, longtemps controversée par les anciens géologues, peut ainsi s'expliquer, en prenant en compte que ce dernier corps anhydre, très stable, est aussi peu soluble dans l'eau.

Les particularités allotropiques, c'est-à-dire les multiples morphologies possibles de l'anhydrite, mais aussi celles des multiples corps hydratés CaSO4. x H2O , avec x = 1/2, 2 ou x encore non défini, signalant des traces ε ou en teneurs intermédiaires, voire ceux des corps hydratés ou non, associés à divers cations alcalins, peuvent être rendues plausibles par cette thermo-stabilité inédite, à défaut d'être entièrement expliquées.

Usage[modifier | modifier le code]

C'est à la fois un pigment et une charge minérale, connus de la plus haute Antiquité. Il était utilisé notamment pour les gessos par les Primitifs italiens. Il est dès l'origine un composant du ciment Portland.

Emplois modernes comme charges ou pigments, engrais, additif alimentaire[modifier | modifier le code]

Il s'agit sous le nom générique de "sulfate de calcium" le plus souvent de gypse moulu.

Les dérivés diversement moins hydratés de ce dernier minéral sont les composants principaux dans les plâtres chirurgicaux, mortier, ciment, matériaux de construction, etc.

Le sulfate de calcium joue le rôle de charges dans les produits pharmaceutiques (comprimés, excipient inerte). Il est également présent dans les cosmétiques, dentifrices et autres pâtes. Il est utilisé comme engrais source de calcium assimilable dans l'industrie des fourrages.

Alimentaire[modifier | modifier le code]

E516 est listé comme agent de traitement des farines, séquestrant, affermissant et stabilisant, il existe des limites de dosages au niveau de la FDA américaine, mais ce n'est pas le cas dans l'Union Européenne, où il est référencé quantum satis[5].

C'est également un support d'additifs, auquel cas sa mention avec les ingrédients est omise.

À ce jour, dans l'Union Européenne comme aux États-Unis, cet additif est autorisé dans la filière d'alimentation biologique (sulfate de calcium d'extraction minière aux États-Unis, support d'additifs dans l'U.E.)

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Il se nommait autrefois communément « sulfate de chaux » ou mieux « sulfate anhydre de chaux ».
  2. L'hydratation des masses rocheuses d'anhydrite, qui s'accompagne d'une augmentation de volume, provoque une montée des terrasses gypseuses.
  3. CAS 10101-41-4 (dihydraté)
  4. CAS 10034-76-1 (hémihydraté)
  5. Additifs-alimentaires.net, « E516 - Sulfates de calcium », sur http://www.additifs-alimentaires.net,‎ (consulté en 10 fév.2015)

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Bernard Guilhot, Étude des formes hydratées du Sulfate de Calcium (gypse - plâtres), Thèse de chimie minérale université de Grenoble, mai 1970. [1]

Autres liens[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]