КАЛЦИЕВ КАРБИД (CAC2): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРОИЗВОДСТВО, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На калциев карбид е неорганично съединение, състояща се от калций елементи (Са) и въглерод (С). Химическата му формула е CaC ₂. Това е твърдо вещество, което може да бъде безцветно до жълтеникаво или сивкаво бяло и дори черно в зависимост от примесите, които съдържа.

Един от най-важните химически реакции САС ₂ е това, което се случва с вода H ₂ O, в която той образува ацетилен HC≡CH. Поради тази причина се използва за получаване на ацетилен индустриално. Поради същата реакция с вода, тя се използва за узряване на плодове, в фалшиви оръдия и във военноморски пламъци.

Твърд калциев карбид CaC ₂. Ondřej Mangl / Public domain. Източник: Wikimedia Commons.

Реакцията на CaC ₂ с вода също произвежда полезна утайка за приготвяне на клинкер (компонент на цимента), който произвежда по-малко въглероден диоксид (CO ₂) в сравнение с традиционния метод за производство на цимент.

С азот (N ₂), калциев карбид образува калциев цианамид, който се използва като тор. CaC _{2 се} използва също за отстраняване на сяра от определени метални сплави.

Преди време CaC ₂ беше използван в така наречените карбидни лампи, но те вече не са много често срещани, защото са опасни.

структура

Калциев карбид е йонно съединение и се състои от калциеви йони Са ²⁺ и карбид или ацетилид йон С ₂ ^2-. Карбидният йон е съставен от два въглеродни атома, свързани чрез тройна връзка.

Химична структура на калциев карбид. Автор: Hellbus. Източник: Wikimedia Commons.

Кристалната структура на CAC ₂ се получава от кубичната он (подобно на натриев хлорид NaCl), но като С за ₂ ^2- йон е удължена структурата става нарушена и става тетрагонална.

номенклатура

• Калциев карбид
• Калциев карбид
• Калциев ацетилид

Имоти

Физическо състояние

Кристално твърдо вещество, че когато чистото е безцветно, но ако е замърсено с други съединения, то може да бъде жълтеникаво бяло или сивкаво до черно.

Калциев карбид CaC ₂ с примеси. Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Източник: Wikimedia Commons.

Молекулно тегло

64.0992 g / mol

Точка на топене

2160 ºC

Точка на кипене

CaC ₂ кипи при 2300ºC с разлагане. Точката на кипене трябва да се измерва в инертна атмосфера, тоест без кислород или влага.

плътност

2,22 g / cm ³

Химични свойства

Калциевият карбид реагира с вода, за да образува ацетилен HC≡CH и калциев хидроксид Ca (OH) ₂:

CaC ₂ + 2 H ₂ O → HC≡CH + Ca (OH) ₂

Ацетиленът е запалим, поради което при наличие на влажност CaC ₂ може да бъде запалим. Когато обаче е суха, не е така.

Калциевият карбид CaC ₂ с вода образува ацетилен HC≡CH, запалимо съединение. Кристина Кравец / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Източник: Wikimedia Commons.

Калциев карбид реагира с азот N ₂ за получаването на калциев цианамид CaCN ₂:

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

Получаване

Калциевият карбид се произвежда индустриално в електрическа дъгова пещ, като се започне от смес от калциев карбонат (СаСО ₃) и въглерод (С), която е подложена на температура 2000 ° С. Реакцията е обобщена така:

CaCO ₃ + 3 C → CaC ₂ + CO ↑ + CO ₂ ↑

Или също:

CaO + 3 C → CaC ₂ + CO ↑

В електрическа дъгова пещ се произвежда дъга от електричество между два графитни електрода, които устояват на високите температури, които се образуват. Получава се калциев карбид с 80-85% чистота.

Приложения

При производството на ацетилен

Промишлено, реакцията на калциев карбид с вода се използва за производство ацетилен C ₂ H ₂.

CaC ₂ + 2 H ₂ O → HC≡CH + Ca (OH) ₂

Това е най-важната употреба на калциев карбид. В някои страни ацетиленът е високо ценен, тъй като позволява производството на поливинилхлорид, който е вид пластмаса. Освен това, ацетиленът се използва за заваряване при високи температури.

HC≡CH ацетилен пламък за заваряване на метали при много високи температури. Автор: Shutterbug75. Източник: Pixabay

При намаляване на емисиите на CO

Останките получени от получаване ацетилен започне от САС ₂ (също наречени "калциев карбид утайка" или "калциев карбид остатъци") са използвани за получаване на клинкер или бетон.

Калциевата карбидна кал има високо съдържание на калциев хидроксид (Са (ОН) ₂) (около 90%), някои калциев карбонат (СаСО ₃) и има рН по-голямо от 12.

Остатъците от калциев карбид могат да бъдат използвани в строителната дейност за приготвяне на бетон, като по този начин се намалява образуването на CO ₂ в тази индустрия. Автор: Енгин Акюрт. Източник: Pixabay

Поради тези причини той може да реагира със SiO ₂ или Al ₂ O _3, образувайки продукт, подобен на този, получен чрез процеса на хидратация на цимента.

Една от човешките дейности, която произвежда най-много емисии на CO _2, е строителната индустрия. CO ₂ се генерира чрез освобождаване от калциевия карбонат по време на реакцията до образуване на бетон.

Установено е, че използването на утайка от калциев карбид за заместване на калциев карбонат (CaCO ₃) намалява емисиите на CO ₂ с 39%.

При получаване на калциев цианамид

Калциев карбид се използва промишлено за да се получи калциев цианамид CaCN ₂.

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

Калциевият цианамид се използва като тор, тъй като с почвената вода той става цианамид H2N = C = N, който осигурява азот за растенията, основно хранително вещество за тях.

В металургичната индустрия

Калциевият карбид се използва за отстраняване на сяра от сплави като ферониккел. ЦАФ ₂ се смесва със стопената сплав при 1550 ° С Сярата (S) взаимодейства с калциевия карбид и произвежда калциев сулфид CaS и въглерод С:

CaC ₂ + S → 2 C + CaS

Отделянето на сяра е благоприятно, ако смесването е ефективно и съдържанието на въглерод в сплавта е малко. Калциев сулфид CaS плава върху повърхността на стопената сплав, откъдето се декантира и изхвърля.

При различни приложения

Калциевият карбид се използва за отстраняване на сяра от желязо. Също като гориво при производството на стомана и като мощен разкислител.

Използва се за узряване на плодове. Ацетиленът се генерира от калциев карбид с вода, което индуцира узряването на плодовете, като например бананите.

Бананите могат да се узряват с помощта на калциев карбид CaC ₂. Автор: Алексас Фотос. Източник: Pixabay

Калциевият карбид се използва в манекени, за да предизвика силен шум, който ги характеризира. Тук се използва и образуването на ацетилен, който избухва с искра вътре в устройството.

CaC ₂ се използва за генериране на сигнали в открито море при самозапалващи се военноморски пламъци.

Преустановена употреба

CaC ₂ се използва в така наречените карбидни лампи. Действието им се състои в капене на вода върху калциевия карбид до образуване на ацетилен, който се запалва и по този начин осигурява светлина.

Тези лампи бяха използвани във въглищни мини, но тяхното използване беше преустановено поради наличието на метан газ СН ₄ в тези мини. Този газ е запалим и пламъкът от карбидната лампа може да доведе до неговото запалване или експлозия.

CaC ₂ лампа с калциев карбид. SCEhardt / Публично достояние. Източник: Wikimedia Commons.

Те бяха широко използвани в рудници от шисти, медни и калаени скали, а също и в ранните автомобили, мотоциклети и велосипеди, като фарове или фарове.

В момента те са заменени от електрически лампи или дори LED лампи. Въпреки това те все още се използват в страни като Боливия, в сребърните мини на Потоси.

Рискове

Сухият калциев карбид CaC ₂ не е запалим, но при наличие на влага бързо образува ацетилен, какъвто е той.

За да гасите пожар в присъствието на CaC _2, никога не използвайте вода, пяна, въглероден диоксид или халогенни пожарогасители. Трябва да се използва пясък или натриев или калциев хидроксид.

Препратки

1. Ropp, RC (2013). Група 14 (C, Si, Ge, Sn и Pb) алкалноземни съединения. Калциеви карбиди. В енциклопедия на алкалоземните съединения. Възстановени от sciencedirect.com.
2. Pohanish, RP (2017). В. Калциев карбид. В Наръчника на Ситиг за токсични и опасни химикали и канцерогени (седмо издание). Възстановени от sciencedirect.com.
3. Sun, H. et al. (2015). Свойства на химически горимия остатък от калциев карбид и влиянието му върху свойства на цимента. Материали 2015, 8, 638-651. Възстановени от ncbi.nlm.nih.gov.
4. Nie, Z. (2016). Оценка на екоматериали и жизнен цикъл. Проучване на случая: Анализ на емисиите на CO _{2 в} утайка от калциев карбид. В зелено и устойчиво производство на модерни материали. Възстановени от sciencedirect.com.
5. Crundwell, FK et al. (2011 г.). Рафиниране на разтопен ферониккел. Премахване на сяра. В екстрактивната металургия на металите от никел, кобалт и платина. Възстановени от sciencedirect.com.
6. Tressler, RE (2001). Структурна и термоструктурна керамика. Карбиди. В Енциклопедия на материалознанието и технологиите. Възстановени от sciencedirect.com.
7. Котън, Ф. Алберт и Уилкинсън, Джефри. (1980 г.). Разширена неорганична химия. Четвърто издание. John Wiley & Sons.