КАРБИД КАЛЬЦИЯ (CAC2): СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРОИЗВОДСТВО, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2024

Карбид кальция представляет собой неорганическое соединение , состоящее из элементов кальция (Са) и углерода (C). Его химическая формула - CaC ₂ . Это твердое вещество, которое может быть от бесцветного до желтоватого или серовато-белого и даже черного в зависимости от содержащихся в нем примесей.

Одна из наиболее важных химических реакций CaC ₂ - это реакция , которая происходит с водой H ₂ O, в которой он образует ацетилен HC≡CH. По этой причине он используется для промышленного получения ацетилена. Из-за такой же реакции с водой он используется для созревания фруктов, в ложных орудиях и военно-морских ракетах.

Карбид кальция твердый CaC ₂ . Ондржей Мангл / Общественное достояние. Источник: Wikimedia Commons.

Реакция CaC ₂ с водой также дает полезный ил для приготовления клинкера (компонента цемента), который производит меньше диоксида углерода (CO ₂ ) по сравнению с традиционным методом производства цемента.

Вместе с азотом (N ₂ ) карбид кальция образует цианамид кальция, который используется в качестве удобрения. CaC ₂ также используется для удаления серы из некоторых металлических сплавов.

Некоторое время назад CaC ₂ использовался в так называемых карбидных лампах, но они уже не очень распространены, потому что они опасны.

Структура

Карбид кальция - это ионное соединение, состоящее из иона кальция Ca ²⁺ и карбидного или ацетилидного иона C ₂ ^2- . Карбид-ион состоит из двух атомов углерода, соединенных тройной связью.

Химическая структура карбида кальция. Автор: Hellbus. Источник: Wikimedia Commons.

Кристаллическая структура CaC ₂ является производной от кубической (как у хлорида натрия NaCl), но по мере удлинения иона C ₂ ^2- структура искажается и становится тетрагональной.

Номенклатура

• Карбид кальция
• Карбид кальция
• Ацетилид кальция

свойства

Физическое состояние

Кристаллическое твердое вещество, которое в чистом виде бесцветно, но если оно загрязнено другими соединениями, оно может быть желтовато-белым или серовато-черным.

Карбид кальция CaC ₂ с примесями. Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Источник: Wikimedia Commons.

Молекулярный вес

64,0992 г / моль

Температура плавления

2160 ºC

Точка кипения

CaC ₂ кипит при 2300ºC с разложением. Точку кипения необходимо измерять в инертной атмосфере, то есть без кислорода и влаги.

плотность

2,22 г / см ³

Химические свойства

Карбид кальция реагирует с водой с образованием ацетилена HC≡CH и гидроксида кальция Ca (OH) ₂ :

CaC ₂ + 2 H ₂ O → HC≡CH + Ca (OH) ₂

Ацетилен легко воспламеняется, поэтому в присутствии влажности CaC ₂ может воспламеняться. Однако когда он высохнет, это не так.

Карбид кальция CaC ₂ с водой образует ацетилен HC≡CH, горючее соединение. Кристина Кравец / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Источник: Wikimedia Commons.

Карбид кальция реагирует с азотом N ₂ с образованием цианамида кальция CaCN ₂ :

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

получение

Карбид кальция производят промышленным способом в дуговой электропечи из смеси карбоната кальция (CaCO ₃ ) и углерода (C), которая подвергается воздействию температуры 2000 ° C. Реакция резюмируется следующим образом:

CaCO ₃ + 3 C → CaC ₂ + CO ↑ + CO ₂ ↑

Или также:

CaO + 3 C → CaC ₂ + CO ↑

В электродуговой печи электрическая дуга образуется между двумя графитовыми электродами, стойкими к высоким температурам. Получается карбид кальция с чистотой 80-85%.

Приложения

При производстве ацетилена

В промышленности реакция карбида кальция с водой используется для получения ацетилена C ₂ H ₂ .

CaC ₂ + 2 H ₂ O → HC≡CH + Ca (OH) ₂

Это наиболее важное применение карбида кальция. В некоторых странах высоко ценится ацетилен, так как он позволяет производить поливинилхлорид, который является разновидностью пластика. Кроме того, ацетилен используется для сварки при высоких температурах.

Пламя ацетилена HC≡CH для сварки металлов при очень высоких температурах. Автор: Shutterbug75. Источник: Pixabay.

В сокращении выбросов CO

Остатки, полученные при получении ацетилена из CaC ₂ (также называемые «осадком карбида кальция» или «остатками карбида кальция»), используются для получения клинкера или бетона.

Буровой раствор из карбида кальция имеет высокое содержание гидроксида кальция (Ca (OH) ₂ ) (около 90%), некоторого количества карбоната кальция (CaCO ₃ ) и имеет pH более 12.

Остатки карбида кальция можно использовать в строительстве для приготовления бетона, тем самым снижая образование CO ₂ в этой отрасли. Автор: Энгин Акюрт. Источник: Pixabay.

По этим причинам он может реагировать с SiO ₂ или Al ₂ O _3, образуя продукт, аналогичный продукту, полученному в процессе гидратации цемента.

Одним из видов деятельности человека, который производит наибольшее количество выбросов CO _2, является строительная промышленность. CO ₂ образуется из карбоната кальция во время реакции с образованием бетона.

Было обнаружено, что использование осадка карбида кальция для замены карбоната кальция (CaCO ₃ ) снижает выбросы CO ₂ на 39%.

При получении цианамида кальция

Карбид кальция также используется в промышленности для получения цианамида кальция CaCN ₂ .

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

Цианамид кальция используется в качестве удобрения, потому что с почвенной водой он становится цианамидом H2N = C = N, который обеспечивает растения азотом, важным для них питательным веществом.

В металлургической промышленности

Карбид кальция используется для удаления серы из таких сплавов, как ферроникель. CaC ₂ смешивается с расплавленным сплавом при 1550 ° C. Сера (S) реагирует с карбидом кальция с образованием сульфида кальция CaS и углерода C:

CaC ₂ + S → 2 C + CaS

Удаление серы благоприятно, если смешивание является эффективным и содержание углерода в сплаве низкое. Сульфид кальция CaS плавает на поверхности расплавленного сплава, откуда его сливают и выбрасывают.

В различных применениях

Карбид кальция использовался для удаления серы из железа. Также как топливо при производстве стали и как мощный раскислитель.

Его используют для созревания фруктов. Ацетилен образуется из карбида кальция с водой, который способствует созреванию фруктов, таких как бананы.

Бананы можно созреть, используя карбид кальция CaC ₂ . Автор: Алексас Фото. Источник: Pixabay.

Карбид кальция используется в манекенах, чтобы вызвать характерный для них громкий хлопок. Здесь также используется образование ацетилена, который взрывается искрой внутри устройства.

CaC ₂ используется для генерации сигналов на море в самовоспламеняющихся морских ракетах.

Прекращенное использование

CaC ₂ использовался в так называемых карбидных лампах. Их действие заключается в капании воды на карбид кальция с образованием ацетилена, который воспламеняется и, таким образом, дает свет.

Эти лампы использовались в угольных шахтах, но их использование было прекращено из-за присутствия в них метана CH ₄ . Этот газ легко воспламеняется, и пламя карбидной лампы может вызвать ее возгорание или взрыв.

Лампа из карбида кальция CaC ₂ . SCEhardt / Общественное достояние. Источник: Wikimedia Commons.

Они широко использовались в сланцевых, медных и оловянных рудниках, а также в ранних автомобилях, мотоциклах и велосипедах в качестве фар или фар.

В настоящее время их заменяют электрические лампы или даже светодиодные лампы. Тем не менее, они все еще используются в таких странах, как Боливия, на серебряных рудниках Потоси.

риски

Сухой карбид кальция CaC ₂ не горюч, но в присутствии влаги он быстро образует ацетилен, которым и является.

Для тушения пожара в присутствии CaC ₂ никогда не используйте воду, пену, углекислый газ или галогенные огнетушители. Следует использовать песок или гидроксид натрия или кальция.

Ссылки

1. Ропп, RC (2013). Группа 14 (C, Si, Ge, Sn и Pb) Щелочноземельные соединения. Карбиды кальция. В энциклопедии щелочноземельных соединений. Восстановлено с sciencedirect.com.
2. Поханиш, РП (2017). C. Карбид кальция. В «Справочнике токсичных и опасных химических веществ и канцерогенов» Ситтига (седьмое издание). Восстановлено с sciencedirect.com.
3. Sun, H. et al. (2015). Свойства химически сжигаемого остатка карбида кальция и его влияние на свойства цемента. Материалы 2015, 8, 638-651. Восстановлено с ncbi.nlm.nih.gov.
4. Не, З. (2016). Экологические материалы и оценка жизненного цикла. Пример: анализ выбросов CO ₂ из клинкера из осадка карбида кальция. В экологически чистом и устойчивом производстве современных материалов. Восстановлено с sciencedirect.com.
5. Crundwell, FK et al. (2011). Переработка расплавленного ферроникеля. Удаление серы. В добывающей металлургии никеля, кобальта и металлов платиновой группы. Восстановлено с sciencedirect.com.
6. Тресслер, RE (2001). Конструкционная и термоструктурная керамика. Карбиды. В энциклопедии материаловедения и технологий. Восстановлено с sciencedirect.com.
7. Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри. (1980). Продвинутая неорганическая химия. Четвертое издание. Джон Вили и сыновья.