ОКСИД КАЛЬЦІЮ (КАО): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Оксид кальцію (СаО) являє собою неорганічну сполуку , що містить кальцій і кисень в іонних формах (Не слід плутати з кальцієм пероксиду CaO ₂ ). У всьому світі воно відоме як вапно - слово, яке позначає будь-яку неорганічну сполуку, яка містить карбонати, оксиди та гідроксиди кальцію, крім інших металів, таких як кремній, алюміній та залізо.

Цей оксид (або вапно) також розмовно називають негашеним вапном або гашеним вапном, залежно від того, гідратований він чи ні. Гашене вапно - це оксид кальцію, а гашене вапно - його гідроксид. У свою чергу вапняк (вапняк або затверділа вапна) - це фактично осадова гірська порода, що складається в основному з карбонату кальцію (CaCO ₃ ).

Це одне з найбільших природних джерел кальцію і являє собою сировину для отримання оксиду кальцію. Як утворюється ця іржа? Карбонати чутливі до термічного розкладання; нагрівання карбонатів кальцію до температури вище 825 ºC призводять до утворення вапна та вуглекислого газу.

Вищенаведене твердження можна описати так: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Оскільки земна кора багата вапняком і кальцитом, а морські черепашки (сировина для отримання оксиду кальцію) в океанах і пляжах рясніють, оксид кальцію є відносно недорогим реагентом.

Формула

Хімічна формула оксиду кальцію - це CaO, в якій іон кальцію є як кислота (акцептор електронів) Ca ²⁺ , а кисень як основний іон (донор електронів) O ^2- .

Чому заряджається кальцій +2? Оскільки кальцій належить до 2 групи періодичної таблиці (Містер Бекамбара), і у нього є лише два валентні електрони, доступні для утворення зв’язків, які він віддає атому кисню.

Будова

На верхньому зображенні представлена ​​кристалічна структура (тип гелевої солі) для оксиду кальцію. Об'ємні червоні сфери відповідають іонам Са ^2+, а білі сфери ^- іонам O ² .

У цій кубічній кристалічній композиції кожен іон Са ²⁺ оточений шістьма O ^2- іонами , оклюдованими в октаедричних проміжках, які залишають між собою великі іони.

Ця структура виражає до максимуму іонний характер цього оксиду, хоча помітна різниця в радіусах (червона сфера більша від білої) надає йому слабшу енергію кристалічної решітки порівняно з MgO.

Властивості

Фізично це біле кристалічне тверде речовина без запаху та сильних електростатичних взаємодій, що зумовлює його високі температури плавлення (2572 ºC) та кипіння (2850 ºC). Крім того, він має молекулярну масу 55,958 г / моль і цікаву властивість бути термолюмінесцентним.

Це означає, що шматочок оксиду кальцію, що піддається впливу полум'я, може світитися інтенсивним білим світлом, відомим англійською мовою як ліхтарик, або по-іспанськи - кальцієвим світлом. Іони Са ²⁺ , контактуючи з вогнем, породжують червонуватий вогник, як видно на наступному зображенні.

Вапняний або ліхтарик

Розчинність

СаО - це основний оксид, який має сильну спорідненість до води, до такої міри, що він поглинає вологу (це гігроскопічне тверде речовина), негайно реагуючи на отримання гашеного вапна або гідроксиду кальцію:

CaO (s) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Ця реакція є екзотермічною (виділяє тепло) завдяки утворенню твердого речовини з сильнішими взаємодіями та стабільнішою кристалічною решіткою. Однак реакція є оборотною, якщо Са (ОН) ₂ нагрівається , зневоднюючи її і запалюючи гашене вапно; тоді вапно "відроджується".

Отриманий розчин є дуже основним, і якщо він насичений оксидом кальцію, він досягає рН 12,8.

Так само він розчинний у гліцерині та в кислотних та цукрових розчинах. Оскільки він є основним оксидом, він, природно, має ефективні взаємодії з кислотними оксидами (наприклад, SiO ₂ , Al ₂ O ₃ і Fe ₂ O ₃ ), будучи розчинним у рідкій фазі. З іншого боку, він нерозчинний у спиртах та органічних розчинниках.

Програми

СаО має величезну нескінченність промислового використання, а також при синтезі ацетилену (CH≡CH), при вилученні фосфатів із стічних вод та в реакції з діоксидом сірки з газоподібних відходів.

Інші способи використання оксиду кальцію описані нижче:

Як міномет

Якщо оксид кальцію змішується з піском (SiO ₂ ) і водою, він запікається піском і повільно реагує з водою, утворюючи гашене вапно. У свою чергу, CO ₂ на повітрі розчиняється у воді і вступає в реакцію з гашеною сіллю, утворюючи карбонат кальцію:

Ca (OH) ₂ (s) + CO ₂ (g) => CaCO ₃ (s) + H ₂ O (l)

СаСО ₃ є більш стійкою і твердішою сполукою, ніж СаО, що змушує розчин (попередня суміш) твердіти і фіксувати цеглу, блоки або кераміку між ними або до потрібної поверхні.

У виробництві скла

Основною сировиною для виробництва склянок є оксиди кремнію, які змішуються з вапном, карбонатом натрію (Na ₂ CO ₃ ) та іншими добавками, після чого піддаються нагріванню, в результаті чого утворюється склоподібне тверде речовина. Це тверда речовина згодом нагрівається і продувається будь-якими фігурами.

У гірничій справі

Гашене вапно займає більший об'єм, ніж негашене вапно, завдяки взаємодії водневого зв'язку (OHO). Ця властивість використовується для розбиття скель зсередини.

Це досягається, наповнюючи їх компактною сумішшю вапна та води, яка герметизується для фокусування її тепла та експансивної сили всередині породи.

Як силікатний засіб для видалення

CaO зливається з силікатами, утворюючи коалесцентну рідину, яку потім витягують із сировини певного продукту.

Наприклад, залізні руди є сировиною для виробництва металевого заліза та сталі. Ці мінерали містять силікати, які є небажаними домішками для процесу і видаляються за допомогою лише що описаного способу.

Наночастинки оксиду кальцію

Оксид кальцію можна синтезувати у вигляді наночастинок, змінюючи концентрацію нітрату кальцію (Са (NO ₃ ) ₂ ) та гідроксиду натрію (NaOH) у розчині.

Ці частинки сферичні, основні (як і тверде тіло макромасштабу) і мають велику площу поверхні. Отже, ці властивості приносять користь каталітичним процесам. Котрий? На даний момент дослідження відповідають на це питання.

Ці наночастинки використовувались для синтезу заміщених органічних сполук - таких як піридинові похідні - при формуванні нових лікарських препаратів для проведення хімічних перетворень, таких як штучний фотосинтез, для очищення води від важких і шкідливих металів, і фотокаталітичні засоби.

Наночастинки можуть бути синтезовані на біологічному носії, такому як папайя та листя зеленого чаю, щоб використовувати їх як антибактеріальний засіб.

Список літератури

1. scifun.org. (2018). Вапно: оксид кальцію. Отримано 30 березня 2018 року з: scifun.org.
2. Вікіпедія. (2018). Оксид кальцію. Отримано 30 березня 2018 року з: en.wikipedia.org
3. Ашвіні Анантараман та ін. (2016). Зелений синтез наночастинок оксиду кальцію та його застосування. Міжнародний журнал інженерних досліджень та застосувань. ISSN: 2248-9622, т. 6, випуск 10, (частина -1), стор.27-31.
4. J. Safaei-Ghomi та ін. (2013). Наночастинки оксиду кальцію каталізували одномоментний багатокомпонентний синтез високозаміщених піридинів у водному етанольному середовищі Scientia Iranica, транзакції С: Хімія та хімічна інженерія 20 549–554.
5. PubChem. (2018). Окис кальцію. Отримано 30 березня 2018 року з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. В Елементи групи 2. (четверте видання., С. 280). Mc Graw Hill.