- Struktura
- Nomenklatura
- Nieruchomości
- Stan fizyczny
- Waga molekularna
- Temperatura topnienia
- Temperatura wrzenia
- Gęstość
- Właściwości chemiczne
- Otrzymywanie
- Aplikacje
- W produkcji acetylenu
- W redukcji emisji CO
- W otrzymywaniu cyjanamidu wapnia
- W przemyśle metalurgicznym
- W różnych zastosowaniach
- Przerwane użycie
- Ryzyka
- Bibliografia
Węglik wapniowy jest nieorganiczny związek składający się z pierwiastków wapnia (Ca) i węgla (C). Jego wzór chemiczny to CaC 2 . Jest to ciało stałe, które może być bezbarwne do żółtawego lub szaro-białego, a nawet czarne w zależności od zawartych w nim zanieczyszczeń.
Jedną z najważniejszych reakcji chemicznych CaC 2 jest ta, która zachodzi z wodą H 2 O, w której tworzy acetylen HC≡CH. Z tego powodu jest używany do przemysłowego otrzymywania acetylenu. Ze względu na taką samą reakcję z wodą służy do dojrzewania owoców, w fałszywych działach i flarach morskich.
Stały węglik wapnia CaC 2 . Ondřej Mangl / Public domain. Źródło: Wikimedia Commons.
W wyniku reakcji CaC 2 z wodą powstaje również szlam przydatny do wytwarzania klinkieru (składnik cementu), który wytwarza mniej dwutlenku węgla (CO 2 ) w porównaniu z tradycyjną metodą produkcji cementu.
Wraz z azotem (N 2 ) węglik wapnia tworzy cyjanamid wapnia, który jest stosowany jako nawóz. CaC 2 jest również używany do usuwania siarki z niektórych stopów metali.
Jakiś czas temu CaC 2 był używany w tak zwanych lampach węglikowych, ale nie są one już zbyt powszechne, ponieważ są niebezpieczne.
Struktura
Węglik wapnia jest związkiem jonowym i składa się z jonu wapnia Ca 2+ oraz jonu węglika lub acetylidu C 2 2- . Jon węglikowy składa się z dwóch atomów węgla połączonych potrójnym wiązaniem.
Struktura chemiczna węglika wapnia. Autor: Hellbus. Źródło: Wikimedia Commons.
Krystaliczna struktura cac 2 pochodzą od jednego sześcianu (tak jak w przypadku chlorku sodu NaCl), ale C 2 2 jonowy jest wydłużona struktura ulega zniekształceniu i staje czworokątny.
Nomenklatura
- Węglik wapnia
- Węglik wapnia
- Acetylenek wapnia
Nieruchomości
Stan fizyczny
Krystaliczne ciało stałe, które gdy jest czyste, jest bezbarwne, ale jeśli jest zanieczyszczone innymi związkami, może mieć kolor żółtawobiały lub szaro-czarny.
Węglik wapnia CaC 2 z zanieczyszczeniami. Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Źródło: Wikimedia Commons.
Waga molekularna
64,0992 g / mol
Temperatura topnienia
2160 ºC
Temperatura wrzenia
CaC 2 wrze w 2300ºC z rozkładem. Temperaturę wrzenia należy mierzyć w atmosferze obojętnej, to znaczy bez tlenu i wilgoci.
Gęstość
2,22 g / cm 3
Właściwości chemiczne
Węglik wapnia reaguje z wodą, tworząc acetylen HC≡CH i wodorotlenek wapnia Ca (OH) 2 :
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
Acetylen jest palny, dlatego w obecności wilgoci CaC 2 może być palny. Jednak gdy wyschnie, nie jest.
Węglik wapnia CaC 2 z wodą tworzy acetylen HC≡CH, związek palny. Kristina Kravets / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Źródło: Wikimedia Commons.
Węglik wapnia reaguje z azotem N 2, tworząc cyjanamid wapnia CaCN 2 :
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
Otrzymywanie
Węglik wapnia jest produkowany przemysłowo w elektrycznym piecu łukowym, zaczynając od mieszaniny węglanu wapnia (CaCO 3 ) i węgla (C), która jest poddawana temperaturze 2000 ° C. Reakcja jest podsumowana w następujący sposób:
CaCO 3 + 3 C → CaC 2 + CO ↑ + CO 2 ↑
Lub też:
CaO + 3 C → CaC 2 + CO ↑
W elektrycznym piecu łukowym łuk elektryczny jest wytwarzany między dwiema elektrodami grafitowymi, które są odporne na powstające wysokie temperatury. Otrzymuje się węglik wapnia o czystości 80-85%.
Aplikacje
W produkcji acetylenu
W przemyśle reakcję węglika wapnia z wodą stosuje się do produkcji acetylenu C 2 H 2 .
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
To najważniejsze zastosowanie węglika wapnia. W niektórych krajach acetylen jest wysoko ceniony, ponieważ pozwala na produkcję polichlorku winylu, który jest rodzajem tworzywa sztucznego. Ponadto acetylen jest używany do spawania w wysokich temperaturach.
HC≡CH acetylenowy płomień do spawania metali w bardzo wysokich temperaturach. Autor: Shutterbug75. Źródło: Pixabay.
W redukcji emisji CO
Pozostałości otrzymane z otrzymywania acetylenu wychodząc z CaC 2 (zwane także „szlamem węglika wapnia” lub „pozostałościami węglika wapnia”) są wykorzystywane do otrzymywania klinkieru lub betonu.
Błoto z węglika wapnia ma wysoką zawartość wodorotlenku wapnia (Ca (OH) 2 ) (około 90%), trochę węglanu wapnia (CaCO 3 ) i ma pH większe niż 12.
Pozostałości węglika wapnia można wykorzystać w pracach budowlanych do przygotowania betonu, zmniejszając w ten sposób wytwarzanie CO 2 w tym przemyśle. Autor: Engin Akyurt. Źródło: Pixabay.
Z tych powodów może reagować z SiO 2 lub Al 2 O 3, tworząc produkt podobny do tego otrzymywanego w procesie hydratacji cementu.
Jedną z form działalności człowieka, która powoduje największą emisję CO 2, jest przemysł budowlany. CO 2 jest wytwarzany przez uwalnianie z węglanu wapnia podczas reakcji z utworzeniem betonu.
Stwierdzono, że zastosowanie szlamu z węglika wapnia zamiast węglanu wapnia (CaCO 3 ) zmniejsza emisję CO 2 o 39%.
W otrzymywaniu cyjanamidu wapnia
Węglik wapnia jest również stosowany w przemyśle do otrzymywania cyjanamidu wapnia CaCN 2 .
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
Cyjanamid wapnia jest stosowany jako nawóz, ponieważ wraz z wodą glebową przekształca się w cyjanamid H2N = C = N, który dostarcza roślinom azot, niezbędny dla nich składnik odżywczy.
W przemyśle metalurgicznym
Węglik wapnia służy do usuwania siarki ze stopów, takich jak żelazonikiel. CaC 2 miesza się ze stopionym stopem w temperaturze 1550 ° C. Siarka (S) reaguje z węglikiem wapnia i wytwarza siarczek wapnia CaS i węgiel C:
CaC 2 + S → 2 C + CaS
Usuwanie siarki jest korzystne, jeśli mieszanie jest wydajne, a zawartość węgla w stopie jest niska. Siarczek wapnia CaS unosi się na powierzchni stopu, skąd jest dekantowany i odrzucany.
W różnych zastosowaniach
Do usuwania siarki z żelaza zastosowano węglik wapnia. Również jako paliwo przy produkcji stali oraz jako silny odtleniacz.
Służy do dojrzewania owoców. Acetylen jest wytwarzany z węglika wapnia z wodą, co powoduje dojrzewanie owoców, takich jak banany.
Banany można dojrzewać przy użyciu węglika wapnia CaC 2 . Autor: Alexas Fotos. Źródło: Pixabay.
Węglik wapnia jest stosowany w atrapach pistoletów, aby wywołać głośny huk, który je charakteryzuje. Tutaj również wykorzystuje się tworzenie acetylenu, który wybucha iskrą wewnątrz urządzenia.
CaC 2 jest używany do generowania sygnałów na morzu w samozapalnych flarach morskich.
Przerwane użycie
CaC 2 został użyty w tak zwanych lampach węglikowych. Ich działanie polega na kapaniu wody na węglik wapnia w celu utworzenia acetylenu, który zapala się i w ten sposób zapewnia światło.
Lampy te były używane w kopalniach węgla, ale ich stosowanie zostało przerwane ze względu na obecność w nich metanu CH 4 . Gaz ten jest łatwopalny, a płomień lampy węglikowej może zapalić się lub eksplodować.
Lampa z węglika wapnia CaC 2 . SCEhardt / domena publiczna. Źródło: Wikimedia Commons.
Były szeroko stosowane w kopalniach łupków, miedzi i cyny, a także we wczesnych samochodach, motocyklach i rowerach, jako reflektory lub reflektory.
Obecnie zostały zastąpione lampami elektrycznymi lub nawet lampami LED. Jednak są one nadal używane w krajach takich jak Boliwia, w kopalniach srebra Potosí.
Ryzyka
Suchy węglik wapnia CaC 2 nie jest palny, ale pod wpływem wilgoci szybko tworzy acetylen, którym jest.
Do gaszenia pożaru w obecności CaC 2 nie wolno używać wody, piany, dwutlenku węgla ani gaśnic halogenowych. Należy użyć piasku lub wodorotlenku sodu lub wapnia.
Bibliografia
- Ropp, RC (2013). Grupa 14 (C, Si, Ge, Sn i Pb) związki ziem alkalicznych. Węgliki wapnia. W Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Odzyskany z sciencedirect.com.
- Pohanish, RP (2017). C. Węglik wapnia. W Sittig's Handbook of Toxic and Hazardous Chemicals and Carcinogens (wydanie siódme). Odzyskany z sciencedirect.com.
- Sun, H. i in. (2015). Właściwości spalanych chemicznie pozostałości węglika wapnia i ich wpływ na właściwości cementu. Materiały 2015, 8, 638-651. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
- Nie, Z. (2016). Ekomateriały i ocena cyklu życia. Studium przypadku: Analiza emisji CO 2 z klinkieru szlamowego z węglika wapnia. W ekologicznej i zrównoważonej produkcji zaawansowanych materiałów. Odzyskany z sciencedirect.com.
- Crundwell, FK i in. (2011). Rafinacja stopionego ferronickelu. Usuwanie siarki. W metalurgii wydobywczej metali z grupy niklu, kobaltu i platyny. Odzyskany z sciencedirect.com.
- Tressler, RE (2001). Ceramika strukturalna i termostrukturalna. Węgliki. W Encyklopedii Materiałoznawstwa i Technologii. Odzyskany z sciencedirect.com.
- Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.