- Uzbūve
- Nomenklatūra
- Īpašības
- Fiziskais stāvoklis
- Molekulārais svars
- Kušanas punkts
- Vārīšanās punkts
- Blīvums
- Ķīmiskās īpašības
- Iegūšana
- Lietojumprogrammas
- Acetilēna ražošanā
- Samazinot CO emisijas
- Iegūstot kalcija ciānamīdu
- Metalurģijas nozarē
- Dažādiem lietojumiem
- Pārtraukta lietošana
- Riski
- Atsauces
Kalcija karbīda ir neorganisks savienojums, kas sastāv no šādiem elementiem: kalcija (Ca) un oglekļa (C). Tās ķīmiskā formula ir CaC 2 . Tā ir cieta viela, kas var būt no bezkrāsas līdz dzeltenīgai vai pelēcīgi baltai un pat melnai atkarībā no tajā esošajiem piemaisījumiem.
Viena no svarīgākajām CaC 2 ķīmiskajām reakcijām ir tā, kas notiek ar ūdeni H 2 O, kurā tas veido acetilēna HC≡CH. Šī iemesla dēļ to izmanto acetilēna rūpnieciskai iegūšanai. Tādas pašas reakcijas dēļ ar ūdeni to izmanto augļu nogatavošanai, viltus pistoles un jūras kara signālus.
Cietais kalcija karbīds CaC 2 . Ondřej Mangl / Publiskais īpašums. Avots: Wikimedia Commons.
CaC 2 reakcijā ar ūdeni rodas arī noderīgas dūņas, lai sagatavotu klinkeru (cementa sastāvdaļu), kas rada mazāk oglekļa dioksīda (CO 2 ), salīdzinot ar tradicionālo cementa ražošanas metodi.
Ar slāpekli (N 2 ) kalcija karbīds veido kalcija ciānamīdu, ko izmanto kā mēslojumu. CaC 2 izmanto arī sēra atdalīšanai no noteiktiem metālu sakausējumiem.
Pirms kāda laika CaC 2 tika izmantots tā saucamajās karbīda lampās, taču tās vairs nav tik izplatītas, jo ir bīstamas.
Uzbūve
Kalcija karbīds ir jonu savienojums, un to veido kalcija jons Ca 2+ un karbīda vai acetilīda jons C 2 2- . Karbīda jonu veido divi oglekļa atomi, kas savienoti ar trīskāršu saiti.
Kalcija karbīda ķīmiskā struktūra. Autors: Hellbus. Avots: Wikimedia Commons.
Kristāliskās struktūras CAC 2 ir atvasināts no kubiskā viens (piemēram, ka no nātrija hlorīda NaCl), bet kā C 2 2- jons ir izstieptas, struktūra ir izkropļota un kļūst tetragonālās.
Nomenklatūra
- Kalcija karbīds
- Kalcija karbīds
- Kalcija acetilīds
Īpašības
Fiziskais stāvoklis
Kristāliska cieta viela, kas tīrā veidā ir bezkrāsaina, bet, ja tā ir piesārņota ar citiem savienojumiem, tā var būt dzeltenīgi balta vai pelēcīga vai melna.
Kalcija karbīds CaC 2 ar piemaisījumiem. Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Avots: Wikimedia Commons.
Molekulārais svars
64,0992 g / mol
Kušanas punkts
2160 ºC
Vārīšanās punkts
CaC 2 vārās 2300ºC temperatūrā ar sadalīšanos. Viršanas temperatūra jāmēra inertā atmosfērā, tas ir, bez skābekļa vai mitruma.
Blīvums
2,22 g / cm 3
Ķīmiskās īpašības
Kalcija karbīds reaģē ar ūdeni, veidojot acetilēna HC≡CH un kalcija hidroksīda Ca (OH) 2 :
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
Acetilēns ir viegli uzliesmojošs, tāpēc mitruma klātbūtnē CaC 2 var būt viegli uzliesmojošs. Tomēr, kad tas ir sauss, tā nav.
Kalcija karbīds CaC 2 ar ūdeni veido acetilēna HC≡CH, viegli uzliesmojošu savienojumu. Kristina Kravets / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Avots: Wikimedia Commons.
Kalcija karbīds reaģē ar slāpekli N 2 , veidojot kalcija ciānamīdu CaCN 2 :
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
Iegūšana
Kalcija karbīdu rūpnieciski ražo elektriskajā loka krāsnī, sākot no kalcija karbonāta (CaCO 3 ) un oglekļa (C) maisījuma, kas pakļauts 2000 ° C temperatūrai. Reakcija ir apkopota šādi:
CaCO 3 + 3 C → CaC 2 + CO ↑ + CO 2 ↑
Vai arī:
CaO + 3 C → CaC 2 + CO ↑
Elektriskā loka krāsnī elektrības loka veidojas starp diviem grafīta elektrodiem, kuri iztur augstās temperatūras. Iegūst kalcija karbīdu ar tīrību no 80 līdz 85%.
Lietojumprogrammas
Acetilēna ražošanā
Rūpnieciski acetilēna C 2 H 2 iegūšanai izmanto kalcija karbīda reakciju ar ūdeni .
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
Tas ir vissvarīgākais kalcija karbīda lietojums. Dažās valstīs acetilēns tiek augstu novērtēts, jo tas ļauj ražot polivinilhlorīdu, kas ir plastmasas veids. Turklāt acetilēnu izmanto metināšanai augstā temperatūrā.
HC≡CH acetilēna liesma metālu metināšanai ļoti augstā temperatūrā. Autors: Shutterbug75. Avots: Pixabay.
Samazinot CO emisijas
Paliekas, kas iegūti no iegūt acetilēnu, sākot no CAC 2 (ko sauc arī par "kalcija karbīds dūņas" vai "kalcija karbīda atlikumi"), tiek izmantoti, lai iegūtu klinkers vai betona.
Kalcija karbīda dubļos ir augsts kalcija hidroksīda (Ca (OH) 2 ) saturs (apmēram 90%), nedaudz kalcija karbonāta (CaCO 3 ), un tā pH ir lielāks par 12.
Kalcija karbīda atlikumus būvniecībā var izmantot betona sagatavošanai, tādējādi samazinot CO 2 veidošanos šajā nozarē. Autors: Engin Akyurt. Avots: Pixabay.
Šo iemeslu dēļ tas var reaģēt ar SiO 2 vai Al 2 O 3, veidojot produktu , kas ir līdzīgs tam, kas iegūts cementa hidratācijas procesā.
Viena no cilvēku darbībām, kas rada visvairāk CO 2 izmešu, ir būvniecības nozare. CO 2 rodas, izdaloties no kalcija karbonāta reakcijas laikā, veidojot betonu.
Ir konstatēts, ka kalcija karbīda dūņu izmantošana kalcija karbonāta (CaCO 3 ) aizstāšanai samazina CO 2 izmešu daudzumu par 39%.
Iegūstot kalcija ciānamīdu
Kalcija karbīdu izmanto arī rūpnieciski, lai iegūtu kalcija ciānamīdu CaCN 2 .
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
Kalcija ciānamīds tiek izmantots kā mēslojums, jo kopā ar augsnes ūdeni tas kļūst par ciānamīdu H2N = C = N, kas augiem nodrošina slāpekli, kas ir būtiska barības viela tiem.
Metalurģijas nozarē
Kalcija karbīdu izmanto, lai noņemtu sēru no sakausējumiem, piemēram, ferronikļa. CAC 2 ir sajaukts ar kausētā sakausējuma pie 1550 ° C. Sērs (S) reaģē ar kalcija karbīdu un rada kalcija sulfīdu CaS un oglekli C:
CaC 2 + S → 2 C + CaS
Sēra atdalīšana ir vēlama, ja sajaukšana ir efektīva un oglekļa saturs sakausējumā ir mazs. Kalcija sulfīds CaS peld uz izkusušā sakausējuma virsmas, no kurienes to dekantē un izmet.
Dažādiem lietojumiem
Lai noņemtu dzelzi no sēra, ir izmantots kalcija karbīds. Arī kā degviela tērauda ražošanā un kā spēcīgs deoksidētājs.
To lieto augļu nogatavošanai. Acetilēns tiek iegūts no kalcija karbīda ar ūdeni, kas veicina augļu, piemēram, banānu, nogatavošanos.
Banānus var nogatavināt, izmantojot kalcija karbīdu CaC 2 . Autors: Alexas Fotos. Avots: Pixabay.
Kalcija karbīdu izmanto šaujamieročos, lai radītu skaļu sprādziena troksni, kas tos raksturo. Šeit tiek izmantots arī acetilēna veidošanās, kas ierīces iekšpusē eksplodē ar dzirksteli.
CaC 2 izmanto, lai ģenerētu signālus atklātā jūrā pašaizdegšanās jūras kara signālos.
Pārtraukta lietošana
CaC 2 ir izmantots tā saucamajās karbīda lampās. To darbība sastāv no ūdens pilēšanas uz kalcija karbīda, lai izveidotu acetilēnu, kas aizdegas un šādā veidā nodrošina gaismu.
Šīs lampas tika izmantotas ogļu raktuvēs, taču to lietošana tika pārtraukta, jo šajās raktuvēs bija metāna gāze CH 4 . Šī gāze ir viegli uzliesmojoša, un karbīda lampas liesma var izraisīt tās aizdegšanos vai eksploziju.
CaC 2 kalcija karbīda lampa . SCEhardt / Publiskais īpašums. Avots: Wikimedia Commons.
Tos plaši izmantoja šīfera, vara un alvas iežu raktuvēs, kā arī agrās automašīnās, motociklos un velosipēdos kā priekšējos vai priekšējos lukturus.
Pašlaik tās ir aizstātas ar elektriskajām lampām vai pat LED lampām. Tomēr tos joprojām izmanto tādās valstīs kā Bolīvija Potosí sudraba raktuvēs.
Riski
Sausais kalcija karbīds CaC 2 nav uzliesmojošs, bet mitruma klātbūtnē tas ātri veido acetilēnu, kāds tas ir.
Lai dzēstu uguni CaC 2 klātbūtnē , nekad nelietojiet ūdeni, putas, oglekļa dioksīdu vai halogēna ugunsdzēšamos aparātus. Jāizmanto smiltis vai nātrijs, vai kalcija hidroksīds.
Atsauces
- Ropps, RC (2013). 14. grupa (C, Si, Ge, Sn un Pb) sārmzemju savienojumi. Kalcija karbīdi. Sārmainās zemes savienojumu enciklopēdijā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
- Pohanišs, RP (2017). C. Kalcija karbīds. Sittiga rokasgrāmatā par toksiskām un bīstamām ķīmiskām vielām un kancerogēniem (septītais izdevums). Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
- Sun, H. et al. (2015). Ķīmiski sadedzināta kalcija karbīda atlikuma īpašības un tā ietekme uz cementa īpašībām. Materiāli 2015, 8, 638–651. Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.
- Nī, Z. (2016). Ekomateriālu un dzīves cikla novērtējums. Gadījuma izpēte: Kalcija karbīda dūņu klinkera CO 2 emisijas analīze. Videi draudzīgā un ilgtspējīgā progresīvu materiālu ražošanā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
- Krundvels, FK Et al. (2011). Kausēta Ferronikļa rafinēšana. Sēra noņemšana. Niķeļa, kobalta un platīna grupas metālu ieguves rūpniecībā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
- Tresslers, RE (2001). Konstrukciju un termostruktūras keramika. Karbīdi. Materiālzinātnes un tehnoloģijas enciklopēdijā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
- Kokvilna, F. Alberts un Vilkinsons, Džefrijs. (1980). Uzlabotā neorganiskā ķīmija. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.