- Будова
- Номенклатура
- Властивості
- Фізичний стан
- Молекулярна маса
- Точка плавлення
- Точка кипіння
- Щільність
- Хімічні властивості
- Отримання
- Програми
- У виробництві ацетилену
- За рахунок зменшення викидів CO
- При отриманні ціанаміду кальцію
- У металургійній галузі
- У різних сферах використання
- Припинено використання
- Ризики
- Список літератури
Карбід кальцію являє собою неорганічну сполуку , що складається з елементів кальцію (Са) і вуглецю (C). Його хімічна формула - CaC 2 . Це тверда речовина, яка може бути безбарвною до жовтуватого або сірувато-білого кольору і навіть чорною залежно від домішок, які вона містить.
Однією з найважливіших його хімічних реакцій CaC 2 є те, що відбувається з водою H 2 O, в якій він утворює ацетилен HC≡CH. З цієї причини його використовують для отримання ацетилену промислово. Завдяки тій же реакції з водою його використовують для дозрівання плодів, у помилкових гарматах та у морських спалах.
Твердий карбід кальцію CaC 2 . Ondřej Mangl / Громадське надбання. Джерело: Wikimedia Commons.
Реакція CaC 2 з водою також утворює шлам, корисний для отримання клінкеру (компонента цементу), який виробляє менше вуглекислого газу (CO 2 ) порівняно з традиційним способом отримання цементу.
З азотом (N 2 ) карбід кальцію утворює цианамід кальцію, який використовується як добриво. CaC 2 також використовується для видалення сірки з певних металевих сплавів.
Деякий час тому CaC 2 використовувався в так званих карбідних лампах, але це вже не дуже часто, оскільки вони небезпечні.
Будова
Карбід кальцію є іонною сполукою і складається з іона кальцію Са 2+ та карбідного або ацетилідного іона С 2 2- . Карбідний іон складається з двох атомів вуглецю, з'єднаних потрійним зв’язком.
Хімічна структура карбіду кальцію. Автор: Hellbus. Джерело: Wikimedia Commons.
Кристалічна структура CaC 2 є похідною від кубічної (подібно до натрію хлориду NaCl), але в міру подовження іона C 2 2- структура спотворюється і стає тетрагональною.
Номенклатура
- Карбід кальцію
- Карбід кальцію
- Ацетилід кальцію
Властивості
Фізичний стан
Кристалічна тверда речовина, що коли вона чиста, безбарвна, але якщо вона забруднена іншими сполуками, вона може бути жовтувато-білою або сірувато-чорною.
Карбід кальцію CaC 2 з домішками. Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Джерело: Wikimedia Commons.
Молекулярна маса
64.0992 г / моль
Точка плавлення
2160 ºC
Точка кипіння
CaC 2 кипить при 2300ºC при розкладанні. Температура кипіння повинна вимірюватися в інертній атмосфері, тобто без кисню або вологи.
Щільність
2,22 г / см 3
Хімічні властивості
Карбід кальцію реагує з водою з утворенням ацетилену HC andCH та гідроксиду кальцію Ca (OH) 2 :
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
Ацетилен горючий, тому при наявності вологості СаС 2 може бути горючим. Однак, коли він сухий, це не так.
Карбід кальцію CaC 2 з водою утворює ацетилен HC≡CH, легкозаймисте з'єднання. Крістіна Кравець / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Джерело: Wikimedia Commons.
Карбід кальцію реагує з азотом N 2 з утворенням цианаміду кальцію CaCN 2 :
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
Отримання
Карбід кальцію виробляється промислово в електродуговій печі, починаючи з суміші карбонату кальцію (CaCO 3 ) і вуглецю (C), що піддається температурі 2000 ° C. Реакція підсумована так:
CaCO 3 + 3 C → CaC 2 + CO ↑ + CO 2 ↑
Або також:
CaO + 3 C → CaC 2 + CO ↑
В електродуговій печі дуга електроенергії виробляється між двома графітовими електродами, які протистоять високим температурам, що утворюються. Отримують карбід кальцію з чистотою 80-85%.
Програми
У виробництві ацетилену
В промисловості реакція карбіду кальцію з водою використовується для отримання ацетилену C 2 H 2 .
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
Це найважливіше використання карбіду кальцію. У деяких країнах ацетилен високо цінується, оскільки дозволяє отримати полівінілхлорид, який є видом пластику. Крім того, ацетилен використовується для зварювання при високих температурах.
Полум'я ацетиленового HC≡CH для зварювання металів при дуже високих температурах. Автор: Shutterbug75. Джерело: Pixabay.
За рахунок зменшення викидів CO
Залишки, отримані при отриманні ацетилену, починаючи з CaC 2 (також його називають "шлам карбіду кальцію" або "залишки карбіду кальцію"), використовуються для отримання клінкеру або бетону.
У грязі карбіду кальцію високий вміст гідроксиду кальцію (Са (ОН) 2 ) (близько 90%), деяких карбонатів кальцію (СаСО 3 ) і pH має більше 12.
Залишки карбіду кальцію можуть використовуватися в будівельній діяльності для приготування бетону, таким чином зменшуючи вироблення CO 2 в цій галузі. Автор: Енгін Акюрт. Джерело: Pixabay.
З цих причин він може вступати в реакцію з SiO 2 або Al 2 O 3, утворюючи продукт, подібний до продукту, отриманого в процесі гідратації цементу.
Однією з видів діяльності людини, яка виробляє найбільше викидів CO 2, є будівельна галузь. CO 2 утворюється вивільненням карбонату кальцію під час реакції з утворенням бетону.
Використовується шлам карбіду кальцію для заміни карбонату кальцію (CaCO 3 ) знижує викиди CO 2 на 39%.
При отриманні ціанаміду кальцію
Карбід кальцію також використовується промислово для отримання цианаміду кальцію CaCN 2 .
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
Ціанамід кальцію використовується як добриво, оскільки з ґрунтовою водою він перетворюється на ціанамід H2N = C = N, який забезпечує рослинам азот, найважливішим поживним речовиною для них.
У металургійній галузі
Карбід кальцію використовується для видалення сірки із сплавів, таких як феронікель. CaC 2 змішується з розплавленим сплавом при 1550 ° C. Сірка (S) вступає в реакцію з карбіду кальцію і утворює СаСС кальцію і вуглець C:
CaC 2 + S → 2 C + CaS
Видалення сірки прихильне, якщо змішування ефективно, а вміст вуглецю в сплаві низький. Сульфід кальцію СаС плаває на поверхні розплавленого сплаву, звідки його декантирують та викидають.
У різних сферах використання
Карбід кальцію був використаний для видалення сірки з заліза. Також як паливо при виробництві сталі і як потужний розкислювач.
Його використовують для дозрівання плодів. Ацетилен утворюється з карбіду кальцію з водою, що індукує дозрівання фруктів, таких як банани.
Банани можна дозрівати, використовуючи карбід кальцію CaC 2 . Автор: Алексас Фотос. Джерело: Pixabay.
Карбід кальцію використовується в манекенах, щоб викликати їх характерний гучний удар. Тут також використовується утворення ацетилену, який вибухає іскрою всередині пристрою.
CaC 2 використовується для генерування сигналів на березі моря в самозаймаються військово-морських спалах.
Припинено використання
СаС 2 використовується в так званих карбідних лампах. Дія цих засобів полягає в капанні води на карбід кальцію з утворенням ацетилену, який запалюється і таким чином забезпечує світло.
Ці лампи використовувались на вугільних шахтах, але їх використання було припинено через наявність у цих шахтах метану СН 4 . Цей газ є горючим, і полум'я від карбідної лампи може спричинити його загоряння або вибух.
Лампа з карбіду кальцію CaC 2 . SCEhardt / Загальнодоступне надбання. Джерело: Wikimedia Commons.
Вони широко використовувались в шиферних, мідних і олов'яних гірських копальнях, а також у ранніх автомобілях, мотоциклах і велосипедах, як фари або фари.
В даний час їх замінили електричні лампи або навіть світлодіодні лампи. Однак вони все ще використовуються в таких країнах, як Болівія, у срібних копальнях Потосі.
Ризики
Сухий карбід кальцію CaC 2 не горючий, але при наявності вологи він швидко утворює ацетилен, яким він є.
Для гасіння пожежі в присутності CaC 2 ніколи не використовуйте воду, піну, вуглекислий газ або галогенні вогнегасники. Слід використовувати пісок або гідроксид натрію або кальцію.
Список літератури
- Ropp, RC (2013). Група 14 (C, Si, Ge, Sn і Pb) лужноземельних сполук. Карбіди кальцію. В Енциклопедії лужноземельних сполук. Відновлено з sciencedirect.com.
- Поганиш, РП (2017). C. Карбід кальцію. У Посібнику з токсичних та небезпечних хімікатів та канцерогенів Ситтіга (сьоме видання). Відновлено з sciencedirect.com.
- Sun, H. та ін. (2015). Властивості хімічно спаленого залишку карбіду кальцію та його вплив на властивості цементу. Матеріали 2015, 8, 638-651. Відновлено з ncbi.nlm.nih.gov.
- Nie, Z. (2016). Екоматеріали та оцінка життєвого циклу. Тематичний випадок: аналіз викидів СО 2 клінкеру карбіду кальцію. У зеленому та сталому виробництві сучасних матеріалів. Відновлено з sciencedirect.com.
- Crundwell, FK et al. (2011 р.). Рафінування розплавленого феронікелю. Видалення сірки. У видобувній металургії металів нікелю, кобальту та платини. Відновлено з sciencedirect.com.
- Tressler, RE (2001). Структурна та термоструктурна кераміка. Карбіди. В Енциклопедії матеріалознавства та технології. Відновлено з sciencedirect.com.
- Коттон, Ф. Альберт і Вілкінсон, Джеффрі. (1980). Розширена неорганічна хімія. Четверте видання. Джон Вілі та сини.