CARBURĂ DE CALCIU (CAC2): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, PRODUCȚIE, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Carburii de calciu este un compus anorganic constând din elemente de calciu (Ca) și carbon (C). Formula sa chimică este cac ₂ . Este un solid care poate fi incolor până la alb gălbui sau cenușiu și chiar negru în funcție de impuritățile pe care le conține.

Unul dintre cele mai importante reacțiile sale chimice ale cac ₂ este cea care are loc cu apă H ₂ O, în care formează acetilena HC≡CH. Din acest motiv se folosește obținerea acetilenei în mod industrial. Datorită aceleiași reacții cu apa, se folosește pentru coacerea fructelor, în arme false și în flăcări navale.

Solid carbură de calciu cac ₂ . Ondřej Mangl / Domeniu public. Sursa: Wikimedia Commons.

Reacția CAMF ₂ cu apă , de asemenea , produce un nămol util pentru prepararea de clincher (o componentă a cimentului), care produce mai puțin dioxid de carbon (CO ₂ ) , în comparație cu metoda tradițională de producere a cimentului.

Cu azot (N ₂ ), carbura de calciu formează cianamidă de calciu, care este utilizată ca îngrășământ. CaC _{2 este de} asemenea utilizat pentru a îndepărta sulful din anumite aliaje metalice.

Cu ceva timp în urmă, CaC _{2 a} fost utilizat în așa-numitele lămpi cu carbură, dar acestea nu mai sunt foarte frecvente, deoarece sunt periculoase.

Structura

Carbura de calciu este un compus ionic și este format din ionii de calciu Ca ²⁺ și carbura sau acetilidă ion C ₂ ^2- . Ionul de carbură este format din doi atomi de carbon uniți printr-o legătură triplă.

Structura chimică a carburii de calciu. Autor: Hellbus. Sursa: Wikimedia Commons.

Structura cristalină a Cac ₂ este derivată din cea cubică (cum ar fi cea de clorură de sodiu NaCI), dar ca C ₂ ^2- Ionul este alungit structura devine distorsionat și devine tetragonală.

Nomenclatură

• Carbură de calciu
• Carbură de calciu
• Acetilură de calciu

Proprietăți

Stare fizică

Solid cristalin că atunci când este pur este incolor, dar dacă este contaminat cu alți compuși, acesta poate fi de culoare galben-galben sau gri-negru.

Carbură de calciu CaC ₂ cu impurități. Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Sursa: Wikimedia Commons.

Greutate moleculară

64,0992 g / mol

Punct de topire

2160 ºC

Punct de fierbere

CaC ₂ fierbe la 2300ºC cu descompunere. Punctul de fierbere trebuie măsurat într-o atmosferă inertă, adică fără oxigen sau umiditate.

Densitate

2,22 g / cm ³

Proprietăți chimice

Carbură de calciu reacționează cu apa pentru a forma acetilena HC≡CH și hidroxidul de calciu Ca (OH) ₂ :

Cac ₂ + 2 H ₂ O → HC≡CH + Ca (OH) ₂

Acetilena este inflamabil, prin urmare , în prezența umidității cac ₂ pot fi inflamabile. Cu toate acestea, atunci când este uscat, nu este.

Carbură de calciu CaC ₂ cu apă formează acetilenă HC≡CH, un compus inflamabil. Kristina Kravets / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Sursa: Wikimedia Commons.

Carbură de calciu reacționează cu azotul N ₂ pentru a forma cianamida de calciu CaCN ₂ :

Cac ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

Obținerea

Carburul de calciu este produs industrial într-un cuptor cu arc electric pornind de la un amestec de carbonat de calciu (CaCO ₃ ) și carbon (C) care este supus la o temperatură de 2000 ° C. Reacția este rezumată astfel:

CaCO ₃ + 3 C → CaC ₂ + CO ↑ + CO ₂ ↑

Sau, de asemenea:

CaO + 3 C → cac ₂ + CO ↑

Într-un cuptor cu arc electric se produce un arc de electricitate între doi electrozi din grafit, care rezistă la temperaturile ridicate care se formează. Se obține o carbură de calciu cu o puritate de 80-85%.

Aplicații

În producția de acetilenă

Pe cale industrială, reacția carburii de calciu cu apa este utilizată pentru a produce acetilenă C ₂ H ₂ .

Cac ₂ + 2 H ₂ O → HC≡CH + Ca (OH) ₂

Aceasta este cea mai importantă utilizare a carburii de calciu. În unele țări, acetilena este foarte apreciată, deoarece permite producerea de clorură de polivinil, care este un tip de plastic. Mai mult, acetilena este folosită pentru sudarea la temperaturi ridicate.

Flacăra de acetilenă HC≡CH pentru sudarea metalelor la temperaturi foarte ridicate. Autor: Shutterbug75. Sursa: Pixabay.

În reducerea emisiilor de CO

Resturile obținute de la obținerea acetilenei începând de la cac ₂ ( de asemenea , numit „carbură de nămol de calciu“ sau „reziduuri de carbură de calciu“) sunt utilizate pentru obținerea clincherului sau beton.

Nămolul din carbură de calciu are un conținut ridicat de hidroxid de calciu (Ca (OH) ₂ ) (aproximativ 90%), unii carbonat de calciu (CaCO ₃ ) și are un pH mai mare de 12.

Reziduurile de carbură de calciu pot fi utilizate în activitatea de construcție pentru prepararea betonului, reducând astfel generarea de CO ₂ în această industrie. Autor: Engin Akyurt. Sursa: Pixabay.

Din aceste motive, se poate reacționa cu SiO ₂ sau Al ₂ O _3, formând un produs similar cu cel obținut prin procedeul de hidratare a cimentului.

Una dintre activitățile umane care produce cele mai multe emisii de CO ₂ este industria construcțiilor. CO ₂ este generat prin eliberarea din carbonatul de calciu în timpul reacției pentru a forma beton.

Utilizarea nămolului de carbură de calciu pentru a înlocui carbonatul de calciu (CaCO ₃ ) s-a dovedit a reduce emisiile de CO ₂ cu 39%.

În obținerea cianamidei de calciu

Carbură de calciu este utilizată, de asemenea, industrial pentru a obține cianamida de calciu CaCN ₂ .

Cac ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

Cianamida de calciu este folosită ca îngrășământ, deoarece odată cu apa din sol devine cianamidă H2N = C = N, care furnizează azot plantelor, un nutrient esențial pentru acestea.

În industria metalurgică

Carburul de calciu este utilizat pentru a îndepărta sulful din aliaje precum ferronickel. CAMF ₂ este amestecat cu aliajul topit la 1550 ° C , Sulful (S) reacționează cu carbură de calciu și produce sulfură de calciu CaS și carbon C:

Cac ₂ + S → 2 C + CaS

Eliminarea sulfului este favorizată dacă amestecarea este eficientă și conținutul de carbon din aliaj este scăzut. Sulfura de calciu CaS plutește pe suprafața aliajului topit de unde este decantată și aruncată.

În diverse utilizări

Carbură de calciu a fost folosită pentru a îndepărta sulful din fier. De asemenea, ca combustibil în producția de oțel și ca un puternic dezintoxicant.

Se folosește pentru coacerea fructelor. Acetilena este generată de carbură de calciu cu apă, care induce maturizarea fructelor, cum ar fi bananele.

Bananele pot fi maturate folosind carbură de calciu cac ₂ . Autor: Alexas Fotos. Sursa: Pixabay.

Carburile de calciu se folosesc în armele manechin pentru a provoca zgomotul puternic care le caracterizează. Aici se folosește și formarea acetilenei, care explodează cu o scânteie în interiorul dispozitivului.

CaC ₂ este utilizat pentru a genera semnale în larg în flăcări navale care se auto-aprind.

Utilizare întreruptă

CaC ₂ a fost utilizat în așa-numitele lămpi cu carbură. Funcționarea acestora constă în scurgerea apei pe carbură de calciu pentru a forma acetilenă, care se aprinde și, în acest fel, oferă lumină.

Aceste lămpi au fost utilizate în minele de cărbune, dar utilizarea lor a fost întreruptă din cauza prezenței gazului CH ₄ de metan în aceste mine. Acest gaz este inflamabil și flacăra de la lampa de carbură poate provoca aprinderea sau explodarea acestuia.

Cac ₂ calciu lampă de carbură . SCEhardt / Domeniu public. Sursa: Wikimedia Commons.

Au fost utilizate pe scară largă în minele de stâncă, cupru și staniu, precum și în automobilele timpurii, motociclete și biciclete, ca faruri sau faruri.

În prezent au fost înlocuite cu lămpi electrice sau chiar cu lămpi LED. Cu toate acestea, ele sunt încă utilizate în țări precum Bolivia, în minele de argint din Potosí.

riscuri

Carburul de calciu uscat CaC ₂ nu este inflamabil, dar în prezența umezelii formează rapid acetilenă, care este.

Pentru a stinge un incendiu în prezența CaC2 _, nu folosiți niciodată apă, spumă, dioxid de carbon sau stingătoare cu halogen. Trebuie utilizat nisip sau hidroxid de sodiu sau de calciu.

Referințe

1. Ropp, RC (2013). Grupul 14 (C, Si, Ge, Sn și Pb) Compuși alcalini ai Pământului. Carburi de calciu. În enciclopedia compușilor pământului alcalini Recuperat de la sciencedirect.com.
2. Pohanish, RP (2017). C. Carbură de calciu. În manualul Sittig de substanțe chimice toxice și periculoase și cancerigene (ediția a șaptea). Recuperat de la sciencedirect.com.
3. Sun, H. și colab. (2015). Proprietățile reziduurilor de carbură de calciu cu combustie chimică și influența acestuia asupra proprietăților de ciment. Materiale 2015, 8, 638-651. Recuperat din ncbi.nlm.nih.gov.
4. Nie, Z. (2016). Eco-materiale și evaluarea ciclului de viață. Studiu de caz: Analiza emisiilor de CO ₂ a clincherului cu nămol de carbură de calciu. În producția ecologică și durabilă a materialelor avansate. Recuperat de la sciencedirect.com.
5. Crundwell, FK și colab. (2011). Rafinare Ferronickel Molten. Eliminarea sulfului. În Metalurgia extractivă a metalelor din grupa de nichel, cobalt și platină. Recuperat de la sciencedirect.com.
6. Tressler, RE (2001). Ceramica structurală și termostructurală. Carburilor. În Enciclopedia Științei și Tehnologiei Materialelor. Recuperat de la sciencedirect.com.
7. Cotton, F. Albert și Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie anorganică avansată. A patra editie. John Wiley & Sons.