КАЛЦИЕВ ОКСИД (CAO): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На калциев оксид (СаО) е неорганично съединение, съдържащ калций и кислород в йонни форми (не трябва да се смесва с калциев пероксид СаО ₂). В световен мащаб е известна като вар, дума, която обозначава всяко неорганично съединение, което съдържа калциеви карбонати, оксиди и хидроксиди, в допълнение към други метали като силиций, алуминий и желязо.

Този оксид (или вар) също разговорно се нарича вар или гасена вар, в зависимост от това дали е хидратиран или не. Quicklime е калциев оксид, а гасената вар е неговият хидроксид. От своя страна варовикът (варовик или втвърдена вар) всъщност е утаечна скала, съставена главно от калциев карбонат (СаСО ₃).

Той е един от най-големите природни източници на калций и представлява суровината за производството на калциев оксид. Как се произвежда тази ръжда? Карбонатите са податливи на термично разлагане; загряване на калциеви карбонати до температури по-високи от 825 ºC, водят до образуването на вар и въглероден диоксид.

Горното твърдение може да бъде описано така: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Тъй като земната кора е богата на варовик и калцит, а раковините (суровините за производството на калциев оксид) са в изобилие в океаните и плажовете, калциевият оксид е сравнително евтин реагент.

формула

Химичната формула на калциевия оксид е CaO, в която калциевият йон е като киселина (акцептор на електрон) Ca ²⁺, а кислородът като основен йон (донор на електрон) O ^2-.

Защо се зарежда калций +2? Тъй като калцият принадлежи към група 2 на периодичната таблица (г-н Бекамбара) и той има само два валентни електрона за образуване на връзки, които той дава на кислородния атом.

структура

В горното изображение е представена кристалната структура (тип скъпоценна сол) за калциев оксид. Обемните червени сфери съответстват на йони Са ^2+, а белите сфери - на О ^2- йони.

В тази кубична кристална подредба всеки йон Ca ²⁺ е заобиколен от шест O ^2- йона, оклудирани в октаедричните празнини, които оставят големите йони между тях.

Тази структура изразява максимално йонния характер на този оксид, въпреки че забележимата разлика в радиусите (червената сфера е по-голяма от бялата) му придава по-слаба кристална решетъчна енергия в сравнение с MgO.

Имоти

Физически това е бяло кристално твърдо вещество без мирис със силни електростатични взаимодействия, които са отговорни за високите му температури на топене (2572 ° C) и точки на кипене (2850 ° C). Освен това има молекулно тегло от 55,958 g / mol и интересното свойство да бъде термолуминесцентно.

Това означава, че парче калциев оксид, изложен на пламък, може да свети с интензивна бяла светлина, известна на английски като вар или на испански, калциева светлина. Йоните на Ca ²⁺, в контакт с огъня, произвеждат червеникав пламък, както може да се види на следващото изображение.

Варовик или прожектор

разтворимост

СаО е основен оксид, който има силен афинитет към водата до степен, че той абсорбира влагата (тя е хигроскопично твърдо вещество), реагирайки веднага, за да произведе гасена вар или калциев хидроксид:

CaO (s) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Тази реакция е екзотермична (отделя топлина) поради образуването на твърдо вещество с по-силни взаимодействия и по-стабилна кристална решетка. Реакцията обаче е обратима, ако Ca (OH) ₂ се нагрява, дехидратира я и запалва гасената вар; тогава липата се „преражда“.

Полученият разтвор е много основен и ако той е наситен с калциев оксид, той достига pH от 12,8.

По същия начин той е разтворим в глицерол и в разтвори на киселина и захар. Тъй като е основен оксид, той естествено има ефективни взаимодействия с киселинни оксиди (SiO ₂, Al ₂ O ₃ и Fe ₂ O ₃, например), като е разтворим в течните си фази. От друга страна, той е неразтворим в алкохоли и органични разтворители.

Приложения

СаО има огромна безкрайност за промишлени цели, както и при синтеза на ацетилен (CH≡CH), при извличането на фосфати от отпадни води и в реакцията със серен диоксид от газообразни отпадъци.

Други приложения за калциев оксид са описани по-долу:

Като хоросан

Ако калциевият оксид се смеси с пясък (SiO ₂) и вода, той се пие с пясък и реагира бавно с вода, за да образува гасена вар. От своя страна, CO _{2 във} въздуха се разтваря във водата и реагира с гасената сол, като образува калциев карбонат:

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

CaCO ₃ е по-силно и по-твърдо съединение от CaO, което кара хоросана (предишната смес) да се втвърди и фиксира тухлите, блоковете или керамиката между тях или към желаната повърхност.

В производството на стъкло

Основната суровина за производството на чаши са силициевите оксиди, които се смесват с вар, натриев карбонат (Na ₂ CO ₃) и други добавки, които след това се подлагат на нагряване, което води до стъклено твърдо вещество. Впоследствие това твърдо вещество се нагрява и се раздува във всякакви фигури.

В минното дело

Гасената вар заема по-голям обем от негасена вар поради взаимодействието на водородна връзка (OHO). Това свойство се използва за разбиване на скалите отвътре.

Това се постига чрез напълването им с компактна смес от вар и вода, която е запечатана, за да фокусира топлината и експанзивната си сила в скалата.

Като средство за отстраняване на силикатите

CaO се слива със силикати, за да образува коалесцентна течност, която след това се извлича от суровината на определен продукт.

Например желязната руда е суровината за производството на метално желязо и стомана. Тези минерали съдържат силикати, които са нежелани примеси за процеса и се отстраняват по току-що описания метод.

Наночастици от калциев оксид

Калциевият оксид може да се синтезира като наночастици, като варира концентрациите на калциев нитрат (Са (NO ₃) ₂) и натриев хидроксид (NaOH) в разтвор.

Тези частици са сферични, основни (както е твърдото в мащабната скала) и имат много повърхностна площ. Следователно, тези свойства облагодетелстват каталитични процеси. Който? В момента изследванията отговарят на този въпрос.

Тези наночастици са били използвани за синтезиране на заместени органични съединения - такива като пиридинови производни - при формулирането на нови лекарства за извършване на химични трансформации, като изкуствена фотосинтеза, за пречистване на вода от тежки и вредни метали и като фотокаталитични агенти.

Наночастиците могат да се синтезират върху биологичен носител, като папая и листа от зелен чай, които да се използват като антибактериално средство.

Препратки

1. scifun.org. (2018). Лайм: калциев оксид. Произведено на 30 март 2018 г. от: scifun.org.
2. Wikipedia. (2018). Калциев оксид. Произведено на 30 март 2018 г. от: en.wikipedia.org
3. Ashwini Anantharaman et al. (2016 г.). Зелен синтез на наночастиците от калциев оксид и неговите приложения. Международен журнал за инженерни изследвания и приложение. ISSN: 2248-9622, том 6, брой 10, (част -1), стр. 27-31.
4. J. Safaei-Ghomi et al. (2013). Наночастиците от калциев оксид катализираха едноетапна многокомпонентна синтеза на силно заместени пиридини във водна етанолна среда Scientia Iranica, сделки C: Химия и химическо инженерство 20 549–554.
5. PubChem. (2018). Калциев оксид. Произведено на 30 март 2018 г. от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. В Елементите на група 2. (четвърто издание, стр. 280). Mc Graw Hill.