Calciumcarbid (CaC2) struktur, egenskaber, produktion, anvendelser

Det calciumcarbid Det er en uorganisk forbindelse dannet af grundstofferne calcium (Ca) og carbon (C). Dens kemiske formel er CaC_to. Det er et fast stof, der kan være farveløst til gulligt eller gråhvidt og endda sort afhængigt af urenhederne i det.

En af dens vigtigste kemiske reaktioner af CaC_to er, hvad der sker med vand H_toEller hvor acetylen HC2CH dannes. Af denne grund bruges det til at opnå acetylen på en industriel måde. På grund af den samme reaktion med vand, bruges det til at modne frugter, i falske kanoner og i flådestøv..

CaC-reaktionen_to med vand producerer også et nyttigt slam til forberedelse af klinker (en komponent af cement), der producerer mindre kuldioxid (CO_to) sammenlignet med den traditionelle metode til fremstilling af cement.

Med nitrogen (N_to) calciumcarbid danner calciumcyanamid, som bruges som gødning. CaC_to det bruges også til at fjerne svovl fra visse metallegeringer.

For nogen tid siden blev CaC_to Det blev brugt i såkaldte hårdmetallamper, men disse er ikke længere almindelige, fordi de er farlige.

Artikelindeks

• 1 Struktur
• 2 Nomenklatur
• 3 egenskaber
  • 3.1 Fysisk tilstand
  • 3.2 Molekylvægt
  • 3.3 Smeltepunkt
  • 3.4 Kogepunkt
  • 3.5 Densitet
  • 3.6 Kemiske egenskaber
• 4 Opnåelse
• 5 anvendelser
  • 5.1 I produktionen af ​​acetylen
  • 5.2 I reduktion af CO2-emissioner
  • 5.3 Ved opnåelse af calciumcyanamid
  • 5.4 I den metallurgiske industri
  • 5.5 I forskellige anvendelser
  • 5.6 Ophørt brug
• 6 risici
• 7 Referencer

Struktur

Calciumcarbid er en ionforbindelse og består af calciumionen Ca^to+ og carbidet eller acetylidionen C_to^to-. Carbidionen består af to carbonatomer forbundet med en tredobbelt binding.

Krystalstrukturen af ​​CaC_to stammer fra kubikken (som natriumchlorid NaCl), men som C-ionen_to^to- er langstrakt strukturen er forvrænget og bliver tetragonal.

Nomenklatur

• Calciumcarbid
• Calciumcarbid
• Calciumacetylid

Ejendomme

Fysisk tilstand

Krystallinsk fast stof, som når det er rent er farveløst, men hvis det er forurenet med andre forbindelser, kan det være gulhvidt eller gråligt til sort.

Molekylær vægt

64,0992 g / mol

Smeltepunkt

2160 ºC

Kogepunkt

CaC_to det koger ved 2300 ºC med nedbrydning. Kogepunktet måles under en inert atmosfære, dvs. uden ilt eller fugt..

Massefylde

2,22 g / cm³

Kemiske egenskaber

Calciumcarbid reagerer med vand til dannelse af acetylen HC2CH og calciumhydroxid Ca (OH)_to:

CaC_to + 2 timer_toO → HC2CH + Ca (OH)_to

Acetylen er brandfarligt, derfor CaC i nærvær af fugt_to det kan være brandfarligt. Men når det er tørt, er det ikke.

Calciumcarbid reagerer med nitrogen N_to til dannelse af calciumcyanamid CaCN_to:

CaC_to + N_to → CaCN_to + C

Opnåelse

Calciumcarbid produceres industrielt i en elektrisk lysbueovn startende fra en blanding af calciumcarbonat (CaCO₃) og kulstof (C), der udsættes for en temperatur på 2000 ° C. Reaktionen er opsummeret således:

Tyv₃ + 3 C → CaC_to + CO ↑ + CO_to↑

Eller også:

CaO + 3 C → CaC_to + CO ↑

I en elektrisk lysbueovn produceres en lysbue mellem to grafitelektroder, der modstår de høje temperaturer, der dannes. Der opnås et calciumcarbid med 80-85% renhed.

Ansøgninger

I produktionen af ​​acetylen

Industrielt anvendes reaktionen af ​​calciumcarbid med vand til fremstilling af acetylen C_toH_to.

CaC_to + 2 timer_toO → HC2CH + Ca (OH)_to

Dette er den vigtigste anvendelse af calciumcarbid. I nogle lande er acetylen højt værdsat, da det gør det muligt at producere polyvinylchlorid, som er en type plast. Derudover anvendes acetylen til svejsning ved høje temperaturer.

I reduktion af CO-emissioner_to

Resterne opnået ved opnåelse af acetylen startende fra CaC_to (også kaldet "calciumcarbidslam" eller "calciumcarbidrester") bruges til at opnå klinker eller beton.

Calciumcarbidslam har et højt indhold af calciumhydroxid (Ca (OH))_to90%), noget calciumcarbonat (CaCO₃) og har en pH større end 12.

Af disse grunde kan det reagere med SiO_to mundtlig_toELLER₃ dannelse af et produkt svarende til det opnået ved cementhydratiseringsprocessen.

En af de menneskelige aktiviteter, der producerer mest CO-emissioner_to det er byggebranchen. CO_to genereres mod øst, frigøres fra calciumcarbonat under reaktionen til dannelse af beton.

Brug af calciumcarbidslam til erstatning af calciumcarbonat (CaCO₃) har vist sig at mindske CO -emissionerne_to med 39%.

Ved opnåelse af calciumcyanamid

Calciumcarbid anvendes også industrielt til opnåelse af calciumcyanamid CaCN_to.

CaC_to + N_to → CaCN_to + C

Calciumcyanamid bruges som gødning, fordi det med jordvand omdannes til cyanamid H2N = C = N, hvilket giver kvælstof til planter, et vigtigt næringsstof for dem.

I den metallurgiske industri

Calciumcarbid bruges til at fjerne svovl fra legeringer såsom ferronickel. CaC blandes_to med legeringen smeltet ved 1550 ° C. Svovl (S) reagerer med calciumcarbid og producerer calciumsulfid CaS og carbon C:

CaC_to + S → 2 C + CaS

Svovlfjernelse foretrækkes, hvis blanding er effektiv, og kulstofindholdet i legeringen er lavt. Calciumsulfidet CaS flyder på overfladen af ​​den smeltede legering, hvorfra den dekanteres og kasseres..

I forskellige anvendelser

Calciumcarbid er blevet brugt til at fjerne svovl fra jern. Også som brændstof i stålproduktion og som en kraftig deoxideringsmiddel.

Det bruges til at modne frugt. Acetylen genereres af calciumcarbid med vand, hvilket inducerer modning af frugter, såsom bananer..

Calciumcarbid bruges i dummy-kanoner til at forårsage den kraftige bang-støj, der karakteriserer dem. Her bruges også dannelsen af ​​acetylen, som eksploderer med en gnist inde i enheden.

CaC_to brugt til at generere signaler offshore i selvantændende flådeblink.

Udgået brug

CaC_to det er blevet brugt i såkaldte hårdmetallamper. Driften af ​​disse består af dryppende vand på calciumcarbidet til dannelse af acetylen, som antændes og på denne måde giver lys.

Disse lamper blev brugt i kulminer, men deres anvendelse blev afbrudt på grund af tilstedeværelsen af ​​metangassen CH₄ i disse miner. Denne gas er brandfarlig, og flammen fra hårdmetallampen kan få den til at antænde eller eksplodere..

De blev meget brugt i skifer-, kobber- og tinstenminer og også i tidlige biler, motorcykler og cykler som forlygter eller forlygter.

I øjeblikket er de blevet erstattet af elektriske lamper eller endda LED-lamper. De bruges dog stadig i lande som Bolivia, i sølvminerne i Potosí.

Risici

Calciumcarbid CaC_to tørt er det ikke brandfarligt, men i nærværelse af fugtighed danner det hurtigt acetylen, som det er.

For at slukke en brand i nærværelse af CaC_to vand, skum, kuldioxid eller halogenslukkere bør aldrig anvendes. Sand eller natrium eller calciumhydroxid skal anvendes.

Referencer

1. Ropp, R.C. (2013). Gruppe 14 (C, Si, Ge, Sn og Pb) alkaliske jordforbindelser. Calciumcarbider. I Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Gendannet fra sciencedirect.com.
2. Pohanish, R. P. (2017). C. Calciumcarbid. I Sittigs håndbog om giftige og farlige kemikalier og kræftfremkaldende stoffer (syvende udgave). Gendannet fra sciencedirect.com.
3. Sun, H. et al. (2015). Egenskaber ved kemisk forbrændt calciumcarbidrest og dens indflydelse på cementegenskaber. Materialer 2015, 8, 638-651. Gendannet fra ncbi.nlm.nih.gov.
4. Nie, Z. (2016). Miljømateriale og livscyklusvurdering. Casestudie: CO_to Emissionsanalyse af calciumcarbidslamklinker. I grøn og bæredygtig fremstilling af avanceret materiale. Gendannet fra sciencedirect.com.
5. Crundwell, F.K. Et al. (2011). Raffinering af smeltet ferronickel. Fjernelse af svovl. I ekstraktionsmetallurgi af nikkel-, kobolt- og platinagruppemetaller. Gendannet fra sciencedirect.com.
6. Tressler, R.E. (2001). Strukturel og termostrukturel keramik. Karbider. I Encyclopedia of Materials Science and Technology. Gendannet fra sciencedirect.com.
7. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avanceret uorganisk kemi. Fjerde udgave. John Wiley & Sons.