Phép thử axit đá vôi, đá hoa: canxit sủi mạnh, dolomit sủi yếu ra sao

Phép thử axit là nhỏ một giọt axit loãng lên mẫu đá để xem có sủi bọt không: canxit, khoáng vật chính của đá vôi và phần lớn đá hoa, sủi bọt mạnh ngay lập tức vì giải phóng khí CO₂. Dolomit chỉ sủi yếu, thường phải cạo thành bột hoặc dùng axit ấm mới thấy rõ. Ở nhà có thể dùng giấm ăn với hiện tượng chậm hơn; axit clohydric loãng chỉ nên dùng trong phòng thí nghiệm có người hướng dẫn, luôn đeo kính bảo hộ.

Phản ứng hoá học đằng sau những bọt khí

Canxit là canxi cacbonat, CaCO₃. Gặp axit, ion cacbonat nhận proton và phân huỷ thành nước và khí cacbon điôxit:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑

Khí CO₂ thoát ra thành bọt li ti, nghe được cả tiếng xèo xèo nhỏ. Với giấm (axit axetic loãng, thường khoảng 4–5%), phản ứng tương tự nhưng chậm hơn vì axit axetic là axit yếu:

CaCO₃ + 2CH₃COOH → Ca(CH₃COO)₂ + H₂O + CO₂↑

Dolomit, CaMg(CO₃)₂, có magie trong mạng tinh thể, làm cho cấu trúc bền hơn trước axit. Ở nhiệt độ phòng, mặt dolomit nguyên khối chỉ sủi lăn tăn hoặc không thấy gì; cạo ra bột thì diện tích tiếp xúc tăng lên, phản ứng mới rõ. Magnesit (MgCO₃) còn chậm hơn, thường chỉ phản ứng với axit nóng. Sự khác biệt này giúp nhà địa chất phân biệt các khoáng vật cacbonat ngay ngoài thực địa chỉ bằng một lọ nhỏ giọt.

Bảng phản ứng của các khoáng vật và đá thường gặp

Phản ứng tóm tắt theo các sổ tay khoáng vật học thực địa; mức độ sủi thực tế còn tuỳ nồng độ axit, nhiệt độ và độ mịn bề mặt mẫu.

An toàn: điều kiện bắt buộc trước khi nhỏ giọt đầu tiên

Phép thử này đơn giản nhưng làm việc với axit. Một vài nguyên tắc không có ngoại lệ:

• Kính bảo hộ luôn luôn, kể cả với giấm. Một giọt bắn vào mắt là đủ gây tổn thương; nếu bị, rửa mắt dưới vòi nước chảy liên tục ít nhất 15 phút và đi khám ngay.
• Chỉ dùng axit loãng. Axit clohydric đặc bốc khói, gây bỏng nặng da và đường hô hấp. Việc pha loãng phải do giáo viên hoặc người có chuyên môn làm trong phòng thí nghiệm, theo nguyên tắc đổ axit vào nước, không đổ nước vào axit.
• Ở nhà thì dùng giấm ăn. Hiện tượng yếu hơn nhưng đủ để thấy với canxit. Không tự mua axit công nghiệp về thử.
• Găng tay, nơi thoáng khí. Làm trên khay nhựa, có sẵn nước sạch để rửa.
• Không bao giờ trộn axit với nước tẩy Javel hay sản phẩm chứa clo: phản ứng sinh khí clo độc.
• Trẻ em chỉ làm thí nghiệm giấm khi có người lớn bên cạnh, và cất axit khỏi tầm tay.
• Rửa sạch mẫu bằng nước sau khi thử, lau khô.

Cách làm phép thử cho đúng

1. Chọn mặt vỡ mới, sạch. Bụi xi măng, đất vôi bám trên mẫu sẽ sủi bọt và đánh lừa.
2. Nhỏ một giọt bằng ống nhỏ giọt, không đổ tràn.
3. Quan sát bằng kính lúp trong vài giây đầu. Ghi lại: sủi mạnh ngay, sủi yếu, chỉ sủi chậm sau một lúc, hay không có gì.
4. Nếu không sủi hoặc sủi yếu, lấy dao cạo một ít bột trên mặt mẫu và nhỏ axit lên bột. Bột sủi mà mặt nguyên không sủi: nghiêng về dolomit.
5. Với giấm, đợi lâu hơn và nhìn sát: bọt nhỏ bám trên mặt mẫu và lớn dần.

Ghép kết quả với độ cứng: canxit và dolomit đều mềm (canxit 3, dolomit khoảng 3,5–4), đinh sắt rạch được; thạch anh 7 không bị rạch và không sủi. Chỉ hai phép thử đó đã tách được đá hoa với quarzit — hai loại đá trắng trông rất giống nhau khi đánh bóng.

Đá vôi và đá hoa: cùng chất, khác lịch sử

Đá vôi là đá trầm tích, phần lớn hình thành dưới đáy biển nông từ vỏ, xương sinh vật và canxi cacbonat kết tủa. Nhìn kỹ có thể thấy hạt mịn, đôi khi có hoá thạch vỏ sò, huệ biển. Khi đá vôi bị chôn sâu, chịu nhiệt và áp suất trong quá trình biến chất, các hạt canxit kết tinh lại thành hạt lớn hơn, đan cài vào nhau: đó là đá hoa (cẩm thạch). Mặt vỡ đá hoa lấp lánh vì vô số mặt cát khai của tinh thể canxit phản chiếu ánh sáng.

Cả hai sủi bọt với axit, nên phép thử axit cho biết "đây là đá cacbonat", chứ không phân biệt đá vôi với đá hoa. Muốn phân biệt, nhìn kiến trúc: hạt mịn, có thể có hoá thạch là đá vôi; hạt kết tinh lấp lánh, không có hoá thạch nguyên vẹn là đá hoa.

Ở Việt Nam, đá hoa có mặt ở nhiều nơi. Ngũ Hành Sơn (Đà Nẵng) là những khối đá hoa nổi trên đồng bằng cát ven biển. Vùng Lục Yên (nay thuộc tỉnh Lào Cai) nổi tiếng vì ruby và spinel sinh ra trong đá hoa, khi đá vôi cổ bị biến chất cùng với nguồn crom và nhôm phù hợp. Chính môi trường giàu canxi, nghèo silic ấy là điều kiện để corundum kết tinh.

Axit và đá trong tự nhiên, trong đời sống

• Hang động đá vôi hình thành do nước mưa hoà CO₂ thành axit cacbonic rất loãng, thấm vào khe nứt và hoà tan canxit qua hàng chục, hàng trăm nghìn năm. Khi nước nhỏ giọt trong hang mất CO₂, canxit kết tủa lại thành thạch nhũ, măng đá. Đó là phép thử axit chậm nhất trên Trái Đất.
• Mưa axit ăn mòn tượng và công trình bằng đá hoa, đá vôi; nhiều tượng đá hoa ngoài trời ở châu Âu bị mất chi tiết vì lý do này.
• Mặt bếp, sàn đá hoa bị ố mờ khi dính chanh, giấm, nước ngọt có ga. Đó không phải vết bẩn mà là bề mặt bị axit ăn mất độ bóng. Mặt đá granit hay thạch anh nhân tạo không bị như vậy.
• Ngọc trai, san hô làm từ cacbonat canxi nên rất sợ axit, kể cả mồ hôi và mỹ phẩm có tính axit. Tuyệt đối không thử axit lên trang sức.
• Thử trên tài sản người khác, di tích, bia đá, tượng cổ là không được phép: một giọt axit để lại vết vĩnh viễn.

Góc nhìn hôm nay: thí nghiệm giấm tại nhà

Một buổi thí nghiệm an toàn với giấm ăn, kính bảo hộ và vài mẫu dễ kiếm:

• Một mảnh vỏ ốc, vỏ sò (aragonit và canxit sinh học): sủi rõ dù chỉ dùng giấm.
• Một viên phấn: phấn canxi cacbonat sủi, phấn thạch cao thì không — cách biết phấn nhà mình làm từ gì.
• Một mẩu đá vôi nhặt ở chân núi đá vôi: sủi.
• Một viên sỏi thạch anh trắng: không có gì.
• Một mẩu vữa xây vỡ: sủi, nhắc ta cẩn thận với "dương tính giả".

Ghi kết quả thành bảng, thêm cột độ cứng (móng tay, đinh sắt, kính), và bạn đã thực hành đúng chuỗi suy luận của nhà địa chất ngoài thực địa. Muốn đi xa hơn, các khoa địa chất ở trường đại học thường cho học sinh tham quan phòng mẫu; Bảo tàng Địa chất ở Hà Nội có mẫu đá vôi, đá hoa và khoáng vật cacbonat để đối chiếu.