TLENEK WAPNIA (CAO): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Tlenek wapnia (CaO) jest nieorganiczny związek zawierający wapń i tlen w postaci jonowej (nie należy mylić z Nadtlenek wapnia CaO ₂ ). Na całym świecie znane jest jako wapno, słowo, które oznacza każdy związek nieorganiczny, który zawiera węglany, tlenki i wodorotlenki wapnia, a także inne metale, takie jak krzem, glin i żelazo.

Ten tlenek (lub wapno) jest również potocznie nazywany wapnem palonym lub wapnem gaszonym, w zależności od tego, czy jest uwodniony, czy nie. Wapno palone to tlenek wapnia, a wapno gaszone jest jego wodorotlenkiem. Z kolei wapień (wapień lub wapień utwardzony) to w rzeczywistości skała osadowa złożona głównie z węglanu wapnia (CaCO ₃ ).

Jest jednym z największych naturalnych źródeł wapnia i stanowi surowiec do produkcji tlenku wapnia. Jak powstaje ta rdza? Węglany są podatne na rozkład termiczny; ogrzewanie węglanów wapnia do temperatur wyższych niż 825 ° C prowadzi do tworzenia się wapna i dwutlenku węgla.

Powyższe stwierdzenie można opisać w ten sposób: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Ponieważ skorupa ziemska jest bogata w wapień i kalcyt, a muszle (surowce do produkcji tlenku wapnia) są bogate w oceanach i na plażach, tlenek wapnia jest stosunkowo niedrogim odczynnikiem.

Formuła

Wzór chemiczny tlenku wapnia to CaO, w którym jon wapnia jest jak kwas (akceptor elektronów) Ca ²⁺ , a tlen jako jon zasadowy (donor elektronów) O ^2- .

Dlaczego wapń jest naładowany +2? Ponieważ wapń należy do grupy 2 układu okresowego (pan Becambara) i ma tylko dwa elektrony walencyjne dostępne do tworzenia wiązań, które oddaje atomowi tlenu.

Struktura

Na górnym obrazku przedstawiona jest struktura krystaliczna (rodzaj soli szlachetnej) dla tlenku wapnia. Duże, czerwone kule odpowiadają jonom Ca ²⁺ , a białe kule ^- jonom O ^2- .

W tym sześciennym układzie krystalicznym każdy jon Ca ²⁺ jest otoczony sześcioma jonami O ² , zamkniętymi w oktaedrycznych otworach, które pozostawiają duże jony między nimi.

Struktura ta maksymalnie wyraża jonowy charakter tego tlenku, chociaż zauważalna różnica w promieniach (czerwona kula jest większa niż biała) daje mu słabszą energię sieci krystalicznej w porównaniu z MgO.

Nieruchomości

Fizycznie jest to białe, krystaliczne, bezwonne ciało stałe z silnymi oddziaływaniami elektrostatycznymi, które są odpowiedzialne za jego wysoką temperaturę topnienia (2572 ºC) i wrzenia (2850 ºC). Ponadto ma masę cząsteczkową 55,958 g / mol i interesującą właściwość polegającą na tym, że jest termoluminescencyjny.

Oznacza to, że kawałek tlenku wapnia wystawiony na działanie płomienia może świecić intensywnym białym światłem, znanym w języku angielskim jako światło reflektorów lub w języku hiszpańskim, światłem wapnia. Jony Ca ²⁺ w kontakcie z ogniem tworzą czerwonawy płomień, co widać na poniższym obrazku.

Blask lub blask

Rozpuszczalność

CaO to podstawowy tlenek, który ma silne powinowactwo do wody, do tego stopnia, że ​​absorbuje wilgoć (jest substancją higroskopijną), reagując natychmiastowo tworząc wapno gaszone lub wodorotlenek wapnia:

CaO (s) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Ta reakcja jest egzotermiczna (oddaje ciepło) z powodu tworzenia się ciała stałego o silniejszych oddziaływaniach i bardziej stabilnej sieci krystalicznej. Jednak reakcja jest odwracalna, jeśli Ca (OH) ₂ jest podgrzewany , odwadniając go i zapalając wapno gaszone; wtedy wapno „odradza się”.

Powstały roztwór jest bardzo zasadowy, a jeśli jest nasycony tlenkiem wapnia, osiąga pH 12,8.

Podobnie jest rozpuszczalny w glicerolu oraz w roztworach kwasów i cukru. Ponieważ jest to tlenek zasadowy, w naturalny sposób skutecznie współdziała z tlenkami kwasowymi (np. SiO ₂ , Al ₂ O ₃ i Fe ₂ O ₃ ), rozpuszczając się w ich fazach ciekłych. Z drugiej strony jest nierozpuszczalny w alkoholach i rozpuszczalnikach organicznych.

Aplikacje

CaO ma ogromną liczbę zastosowań przemysłowych, a także w syntezie acetylenu (CH≡CH), w ekstrakcji fosforanów ze ścieków oraz w reakcji z dwutlenkiem siarki z odpadów gazowych.

Inne zastosowania tlenku wapnia opisano poniżej:

Jak zaprawa murarska

Jeśli tlenek wapnia miesza się z piaskiem (SiO ₂ ) i wodą, zbryla się z piaskiem i powoli reaguje z wodą, tworząc wapno gaszone. Z kolei CO _{2 w} powietrzu rozpuszcza się w wodzie i reaguje z gaszoną solą, tworząc węglan wapnia:

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

CaCO ₃ jest bardziej odpornym i twardszym związkiem niż CaO, powodując twardnienie zaprawy (poprzednia mieszanka) i mocowanie cegieł, bloków lub ceramiki między nimi lub do żądanej powierzchni.

W produkcji szkła

Podstawowym surowcem do produkcji szkieł są tlenki krzemu, które miesza się z wapnem, węglanem sodu (Na ₂ CO ₃ ) i innymi dodatkami, a następnie poddaje ogrzewa, uzyskując szklistą substancję stałą. To ciało stałe jest następnie podgrzewane i dmuchane w dowolne figury.

W górnictwie

Wapno gaszone zajmuje większą objętość niż wapno palone ze względu na interakcje wiązań wodorowych (OHO). Ta właściwość służy do rozbijania skał od wewnątrz.

Osiąga się to poprzez wypełnienie ich zwartą mieszanką wapna i wody, która jest uszczelniona, aby skupić swoje ciepło i ekspansywną moc w skale.

Jako środek do usuwania krzemianów

CaO stapia się z krzemianami, tworząc płyn koalescencyjny, który jest następnie ekstrahowany z surowca określonego produktu.

Na przykład rudy żelaza są surowcem do produkcji metalicznego żelaza i stali. Te minerały zawierają krzemiany, które są niepożądanymi zanieczyszczeniami w procesie i są usuwane opisaną metodą.

Nanocząsteczki tlenku wapnia

Tlenek wapnia można syntetyzować w postaci nanocząstek, zmieniając stężenie azotanu wapnia (Ca (NO ₃ ) ₂ ) i wodorotlenku sodu (NaOH) w roztworze.

Te cząstki są kuliste, zasadowe (podobnie jak ciało stałe w makroskali) i mają dużą powierzchnię. W konsekwencji właściwości te są korzystne dla procesów katalitycznych. Który? Badania są obecnie odpowiedzią na to pytanie.

Te nanocząsteczki zostały wykorzystane do syntezy podstawionych związków organicznych - takich jak pochodne pirydyny - w formułowaniu nowych leków do przeprowadzania przemian chemicznych, takich jak sztuczna fotosynteza, do oczyszczania wody z metali ciężkich i szkodliwych oraz jako środki fotokatalityczne.

Nanocząsteczki można syntetyzować na podłożu biologicznym, takim jak papaja i liście zielonej herbaty, w celu wykorzystania ich jako środka przeciwbakteryjnego.

Bibliografia

1. scifun.org. (2018). Wapno: tlenek wapnia. Pobrane 30 marca 2018 z: scifun.org.
2. Wikipedia. (2018). Tlenek wapnia. Pobrane 30 marca 2018 z: en.wikipedia.org
3. Ashwini Anantharaman i in. (2016). Zielona synteza nanocząstek tlenku wapnia i jej zastosowania. Int. Journal of Engineering Research and Application. ISSN: 2248-9622, tom 6, wydanie 10, (część -1), strony 27-31.
4. J. Safaei-Ghomi i in. (2013). Nanocząsteczki tlenku wapnia katalizowały jednoetapową, wieloskładnikową syntezę wysoko podstawionych pirydyn w wodnych roztworach etanolu Scientia Iranica, Transactions C: Chemistry and Chemical Engineering 20 549–554.
5. PubChem. (2018). Tlenek wapnia. Pobrane 30 marca 2018 z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. W Elementy z grupy 2. (wydanie czwarte, str. 280). Mc Graw Hill.