ОКСИД КАЛЬЦИЯ (ЦАО): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2026

Оксид кальция (СаО) представляет собой неорганическое соединение , содержащее кальций и кислород в ионных формах (не следует путать с кальцием пероксида CaO ₂ ). Во всем мире он известен как известь, слово, обозначающее любое неорганическое соединение, содержащее карбонаты, оксиды и гидроксиды кальция в дополнение к другим металлам, таким как кремний, алюминий и железо.

Этот оксид (или известь) также в просторечии называют негашеной или гашеной известью, в зависимости от того, гидратирован он или нет. Негашеная известь - это оксид кальция, а гашеная известь - его гидроксид. В свою очередь, известняк (известняк или затвердевшая известь) на самом деле представляет собой осадочную породу, состоящую в основном из карбоната кальция (CaCO ₃ ).

Это один из крупнейших природных источников кальция и сырье для производства оксида кальция. Как образуется эта ржавчина? Карбонаты подвержены термическому разложению; нагревание карбонатов кальция до температур выше 825 ºC приводит к образованию извести и углекислого газа.

Приведенное выше утверждение можно описать так: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Поскольку земная кора богата известняком и кальцитом, а морские ракушки (сырье для производства оксида кальция) широко распространены в океанах и на пляжах, оксид кальция является относительно недорогим реагентом.

формула

Химическая формула оксида кальция - CaO, в которой ион кальция подобен кислоте (акцептор электронов) Ca ²⁺ , а кислород - как основной ион (донор электронов) O ^2- .

Почему кальций заряжен +2? Поскольку кальций принадлежит к группе 2 периодической таблицы (г-н Бекамбара), и у него есть только два валентных электрона, доступных для образования связей, которые он передает атому кислорода.

Структура

На верхнем изображении представлена ​​кристаллическая структура (тип драгоценной соли) оксида кальция. Объемные красные сферы соответствуют ионам Ca ²⁺ , а белые сферы - ионам O ^2- .

В этой кубической кристаллической структуре каждый ион Ca ²⁺ окружен шестью ионами O ^2- , заключенными в октаэдрических зазорах, которые оставляют между собой большие ионы.

Эта структура максимально выражает ионный характер этого оксида, хотя заметная разница в радиусах (красная сфера больше, чем белая) придает ей более слабую энергию кристаллической решетки по сравнению с MgO.

Свойства

Физически это белое кристаллическое твердое вещество без запаха с сильными электростатическими взаимодействиями, которые ответственны за его высокие температуры плавления (2572 ºC) и температуры кипения (2850 ºC). Кроме того, он имеет молекулярную массу 55,958 г / моль и интересное свойство термолюминесценции.

Это означает, что кусок оксида кальция, подвергнутый воздействию пламени, может светиться интенсивным белым светом, известным на английском языке как «центр внимания» или на испанском - светом кальция. Ионы Ca ²⁺ при контакте с огнем порождают красноватое пламя, как видно на следующем изображении.

Limelight или центр внимания

Растворимость

CaO - это основной оксид, который имеет сильное сродство к воде до такой степени, что он поглощает влагу (это гигроскопичное твердое вещество), немедленно реагируя с образованием гашеной извести или гидроксида кальция:

CaO (s) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Эта реакция является экзотермической (выделяет тепло) из-за образования твердого вещества с более сильными взаимодействиями и более стабильной кристаллической решеткой. Однако реакция обратима, если Ca (OH) ₂ нагреть , обезвоживая его и воспламеняя гашеную известь; тогда лайм «возрождается».

Полученный раствор очень щелочной, и если он насыщен оксидом кальция, он достигает pH 12,8.

Кроме того, он растворим в глицерине, растворах кислоты и сахара. Поскольку это основной оксид, он, естественно, эффективно взаимодействует с кислыми оксидами (например, SiO ₂ , Al ₂ O ₃ и Fe ₂ O ₃ ), будучи растворимым в их жидких фазах. С другой стороны, он не растворяется в спиртах и ​​органических растворителях.

Приложения

CaO имеет множество промышленных применений, а также в синтезе ацетилена (CH≡CH), при извлечении фосфатов из сточных вод и в реакции с диоксидом серы из газообразных отходов.

Другие применения оксида кальция описаны ниже:

Как миномет

Если оксид кальция смешивается с песком (SiO ₂ ) и водой, он оседает с песком и медленно реагирует с водой с образованием гашеной извести. В свою очередь, CO _{2 в} воздухе растворяется в воде и реагирует с гашеной солью с образованием карбоната кальция:

Ca (OH) ₂ (тв) + CO ₂ (г) => CaCO ₃ (тв) + H ₂ O (л)

CaCO ₃ является более стойким и твердым составом, чем CaO, заставляя раствор (предыдущая смесь) затвердеть и закрепить кирпичи, блоки или керамику между ними или на желаемой поверхности.

В производстве стекла

Основным сырьем для производства стекол являются оксиды кремния, которые смешиваются с известью, карбонатом натрия (Na ₂ CO ₃ ) и другими добавками, которые затем подвергаются нагреванию, в результате чего получается стеклообразное твердое вещество. Это твердое тело впоследствии нагревают и выдувают любые фигурки.

В майнинге

Гашеная известь занимает больший объем, чем негашеная известь из-за взаимодействий водородных связей (OHO). Это свойство используется, чтобы ломать камни изнутри.

Это достигается за счет заполнения их компактной смесью извести и воды, которая запечатана, чтобы сосредоточить ее тепло и расширяющую силу внутри породы.

В качестве средства для удаления силикатов

CaO сплавляется с силикатами с образованием коалесцирующей жидкости, которая затем извлекается из сырья определенного продукта.

Например, железные руды являются сырьем для производства металлического железа и стали. Эти минералы содержат силикаты, которые являются нежелательными примесями для процесса и удаляются только что описанным методом.

Наночастицы оксида кальция

Оксид кальция можно синтезировать в виде наночастиц, варьируя концентрации нитрата кальция (Ca (NO ₃ ) ₂ ) и гидроксида натрия (NaOH) в растворе.

Эти частицы являются сферическими, основными (как и твердое тело макромасштаба) и имеют большую площадь поверхности. Следовательно, эти свойства приносят пользу каталитическим процессам. Который? В настоящее время на этот вопрос отвечают исследования.

Эти наночастицы использовались для синтеза замещенных органических соединений, таких как производные пиридинов, в рецептуре новых лекарств для проведения химических превращений, таких как искусственный фотосинтез, для очистки воды от тяжелых и вредных металлов, а также в качестве фотокаталитические агенты.

Наночастицы можно синтезировать на биологической подложке, такой как листья папайи и зеленого чая, для использования в качестве антибактериального агента.

Ссылки

1. scifun.org. (2018). Известь: оксид кальция. Получено 30 марта 2018 г. с сайта scifun.org.
2. Wikipedia. (2018). Оксид кальция. Получено 30 марта 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
3. Ашвини Анантараман и др. (2016). Зеленый синтез наночастиц оксида кальция и его применение. Международный журнал инженерных исследований и приложений. ISSN: 2248-9622, Том 6, Выпуск 10, (Часть -1), стр.27-31.
4. J. Safaei-Ghomi et al. (2013). Наночастицы оксида кальция катализируют одностадийный многокомпонентный синтез высокозамещенных пиридинов в водно-этанольной среде. Scientia Iranica, Transactions C: Chemistry and Chemical Engineering 20 549–554.
5. PubChem. (2018). Оксид кальция. Получено 30 марта 2018 г. с сайта pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
6. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. В элементах группы 2. (изд. Четвертое, с. 280). Мак Гроу Хилл.