KARBID VÁPNÍKU (CAC2): STRUKTURA, VLASTNOSTI, VÝROBA, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Karbidu vápníku je anorganická sloučenina skládající se z prvků vápníku (Ca) a uhlíku (C). Jeho chemický vzorec je CaC ₂. Je to pevná látka, která může být bezbarvá až nažloutlá nebo šedavě bílá, a dokonce i černá v závislosti na nečistotách, které obsahuje.

Jedním z nejdůležitějších chemických reakcí CAC _2, je ta, která se vyskytuje u vody H ₂ O, ve kterém se tvoří acetylenu HC≡CH. Z tohoto důvodu se používá k průmyslovému získání acetylenu. Díky stejné reakci s vodou se používá k dozrávání ovoce, ve falešných zbraních a v námořních erupcích.

Tuhý karbid vápníku CaC ₂. Ondřej Mangl / Public domain. Zdroj: Wikimedia Commons.

Reakce CAC ₂ s vodou také vytváří užitečnou kal připravit slínku (komponenta cementu), který produkuje méně oxidu uhličitého (CO ₂) ve srovnání s tradiční způsob výroby cementu.

U dusíku (N ₂) tvoří karbid vápenatý kyanamid vápenatý, který se používá jako hnojivo. CaC _{2 se} také používá k odstranění síry z určitých kovových slitin.

Před nějakou dobou byl CaC ₂ používán v tzv. Karbidových lampách, ale ty již nejsou příliš běžné, protože jsou nebezpečné.

Struktura

Karbid vápníku je iontová sloučenina, a je tvořena z vápenatých iontů Ca ²⁺ a karbidu nebo Acetylid ion C ₂ ². Karbidový ion je složen ze dvou atomů uhlíku spojených trojnou vazbou.

Chemická struktura karbidu vápníku. Autor: Hellbus. Zdroj: Wikimedia Commons.

Krystalická struktura CAC ₂ je odvozena od jednoho krychlového (jako to chlorid sodný NaCl), ale jako C ₂ ^2- ion je protáhlá konstrukce zkreslený a stává tetragonální.

Nomenklatura

• Karbid vápníku
• Karbid vápníku
• Acetylid vápenatý

Vlastnosti

Fyzický stav

Krystalická pevná látka, která, pokud je čistá, je bezbarvá, ale pokud je kontaminována jinými sloučeninami, může být nažloutlá bílá nebo šedavě až černá.

Karbid vápenatý CaC ₂ s nečistotami. Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Zdroj: Wikimedia Commons.

Molekulární váha

64,0992 g / mol

Bod tání

2160 ° C

Bod varu

CaC ₂ má teplotu varu při 2300 ° C za rozkladu. Bod varu musí být měřen v inertní atmosféře, tj. Bez kyslíku nebo vlhkosti.

Hustota

2,22 g / cm ³

Chemické vlastnosti

Karbid vápenatý reaguje s vodou za vzniku acetylenu HC≡CH a hydroxidu vápenatého Ca (OH) ₂:

CaC ₂ + 2 H ₂ O → HC≡CH + Ca (OH) ₂

Acetylen je hořlavý, proto v přítomnosti vlhkosti může být CaC ₂ hořlavý. Když je však suchý, není.

Karbid vápenatý CaC ₂ spolu s vodou tvoří acetylen HC≡CH, hořlavou sloučeninu. Kristina Kravets / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Zdroj: Wikimedia Commons.

Reaguje karbidu vápníku s dusíkem N ₂ za vzniku kyanamid vápenatý CaCN ₂:

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

Získání

Karbid vápníku se průmyslově vyrábí v elektrické obloukové peci vycházející ze směsi uhličitanu vápenatého (CaCO ₃) a uhlíku (C), který je vystaven teplotě 2000 ° C. Reakce je shrnuta takto:

CaCO ₃ + 3 C → CaC ₂ + CO ↑ + CO ₂ ↑

Nebo také:

CaO + 3 C → CaC ₂ + CO ↑

V elektrické obloukové peci se vytváří elektrický oblouk mezi dvěma grafitovými elektrodami, které odolávají vznikajícím vysokým teplotám. Získá se karbid vápníku s 80-85% čistotou.

Aplikace

Při výrobě acetylenu

Průmyslově se reakce karbidu vápníku s vodou se používá pro výrobu acetylenu C ₂ H ₂.

CaC ₂ + 2 H ₂ O → HC≡CH + Ca (OH) ₂

Toto je nejdůležitější použití karbidu vápníku. V některých zemích je acetylen vysoce ceněn, protože umožňuje výrobu polyvinylchloridu, což je druh plastu. Kromě toho se acetylen používá pro svařování při vysokých teplotách.

HC≡CH acetylenový plamen pro svařování kovů při velmi vysokých teplotách. Autor: Shutterbug75. Zdroj: Pixabay.

Při snižování emisí CO

Zbytky získané získáním acetylenu vycházející z CaC ₂ (také nazývaného "kal z karbidu vápníku" nebo "zbytky karbidu vápníku") se používají k získání slínku nebo betonu.

Kal z karbidu vápenatého má vysoký obsah hydroxidu vápenatého (Ca (OH) ₂) (přibližně 90%), trochu uhličitanu vápenatého (CaCO ₃) a má pH vyšší než 12.

Zbytky karbidu vápenatého lze použít ve stavební činnosti k přípravě betonu, čímž se v tomto odvětví sníží produkce CO ₂. Autor: Engin Akyurt. Zdroj: Pixabay.

Z těchto důvodů, může reagovat s SiO ₂ nebo Al ₂ O _3, tvořící výrobek podobný, že získaný postupem hydratace cementu.

Jednou z lidských činností, která produkuje nejvíce emisí CO _2, je stavební průmysl. CO ₂ je vytvořen tím, že je uvolněn z uhličitanu vápenatého v průběhu reakce za vzniku betonu.

Bylo zjištěno, že použití kalu z karbidu vápníku jako náhrady uhličitanu vápenatého (CaCO ₃) snižuje emise CO ₂ o 39%.

Při získávání kyanamidu vápenatého

Karbid vápenatý se také průmyslově používá k získání kyanamidu vápenatého CaCN ₂.

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

Kyanamid vápenatý se používá jako hnojivo, protože se v půdní vodě přeměňuje na kyanamid H2N = C = N, který rostlinám dodává dusík, nezbytná živina pro ně.

V hutním průmyslu

Karbid vápníku se používá k odstranění síry ze slitin, jako je ferronickel. CAC ₂ se smíchá s roztavenou slitinou 1550 ° C, Síra (S) reaguje s karbidem vápníku a vytváří sulfid vápenatý CaS a uhlík C:

CaC ₂ + S → 2 C + CaS

Odstraňování síry je výhodné, pokud je míchání účinné a obsah uhlíku ve slitině je nízký. Sulfid vápenatý CaS plave na povrchu roztavené slitiny, odkud je dekantována a odstraněna.

Při různých použitích

Karbid vápníku se používá k odstranění síry ze železa. Také jako palivo při výrobě oceli a jako silný deoxidátor.

Používá se k zrání ovoce. Acetylen je generován z karbidu vápníku vodou, což vyvolává zrání plodů, jako jsou banány.

Banány lze zrát pomocí karbidu vápníku CaC ₂. Autor: Alexas Fotos. Zdroj: Pixabay.

Karbid vápníku se používá v atrapy zbraní, které způsobují hlasitý třesk, který je charakterizuje. Zde se také používá tvorba acetylenu, který exploduje s jiskrou uvnitř zařízení.

CaC ₂ se používá k generování signálů na moři v samozápalných námořních světlech.

Ukončené používání

CaC ₂ byl použit v tzv. Karbidových lampách. Jejich provoz spočívá v kapání vody na karbidu vápníku za vzniku acetylenu, který se vznítí a tím poskytuje světlo.

Tyto lampy byly použity v uhelných dolech, ale jejich použití bylo přerušeno kvůli přítomnosti metanu CH ₄ v těchto dolech. Tento plyn je hořlavý a plamen z karbidové lampy se může vznítit nebo explodovat.

CaC ₂ lampa z karbidu vápníku. SCEhardt / Public domain. Zdroj: Wikimedia Commons.

Byly široce používány v břidlicových, měděných a cínových horních dolech a také v raných automobilech, motocyklech a kolech jako světlomety nebo světlomety.

V současné době byly nahrazeny elektrickými nebo dokonce LED lampami. Stále se však používají v zemích jako Bolívie, ve stříbrných dolech Potosí.

Rizika

Suchý karbid vápníku CaC ₂ není hořlavý, ale v přítomnosti vlhkosti rychle vytváří acetylen, kterým je.

K hašení požáru v přítomnosti CaC ₂ nikdy nepoužívejte hasicí přístroje s vodou, pěnou, oxidem uhličitým nebo halogenem. Měl by být použit písek nebo hydroxid sodný nebo hydroxid vápenatý.

Reference

1. Ropp, RC (2013). Skupina 14 (C, Si, Ge, Sn a Pb), sloučeniny alkalických zemin. Karbidy vápníku. V encyklopedii sloučenin alkalických zemin. Obnoveno z sciposedirect.com.
2. Pohanish, RP (2017). C. Karbid vápníku. V Sittigově příručce toxických a nebezpečných chemikálií a karcinogenů (sedmé vydání). Obnoveno z sciposedirect.com.
3. Sun, H. a kol. (2015). Vlastnosti chemicky spáleného zbytku karbidu vápníku a jeho vliv na vlastnosti cementu. Materiály 2015, 8, 638-651. Obnoveno z ncbi.nlm.nih.gov.
4. Nie, Z. (2016). Hodnocení ekologických materiálů a životního cyklu. Případová studie: Analýza emisí CO ₂ kalu z karbidu vápníku. V ekologické a udržitelné výrobě pokročilých materiálů. Obnoveno z sciposedirect.com.
5. Crundwell, FK Et al. (2011). Rafinace roztaveného ferronikelu. Odstraňování síry. V těžební metalurgii kovů niklu, kobaltu a platiny. Obnoveno z sciposedirect.com.
6. Tressler, RE (2001). Strukturální a termostrukturální keramika. Karbidy. V encyklopedii materiálových věd a technologií. Obnoveno z sciposedirect.com.
7. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chemie. Čtvrté vydání. John Wiley a synové.