OXID VÁPENATÝ (CAO): STRUKTURA, VLASTNOSTI A POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Oxid vápenatý (CaO) je anorganická sloučenina, obsahující vápník a kyslíku v iontových forem (není být zaměňována s peroxid vápenatý CaO ₂). Na celém světě je znám jako vápno, slovo, které označuje jakoukoli anorganickou sloučeninu, která obsahuje uhličitany vápenaté, oxidy a hydroxidy vápenaté, kromě jiných kovů, jako je křemík, hliník a železo.

Tento oxid (nebo vápno) je také hovorově označován jako pálené vápno nebo hasené vápno, v závislosti na tom, zda je nebo není hydratován. Pálené vápno je oxid vápenatý, zatímco hasené vápno je jeho hydroxid. Vápenec (vápenec nebo tvrzené vápno) je ve skutečnosti sedimentární hornina složená hlavně z uhličitanu vápenatého (CaCO ₃).

Je to jeden z největších přírodních zdrojů vápníku a tvoří surovinu pro výrobu oxidu vápenatého. Jak se tato rez vytváří? Uhličitany jsou náchylné k tepelnému rozkladu; zahřívání uhličitanů vápenatých na teploty vyšší než 825 ° C vede k tvorbě vápna a oxidu uhličitého.

Výše uvedené tvrzení lze popsat takto: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Protože zemská kůra je bohatá na vápenec a kalcit a mušle (suroviny pro výrobu oxidu vápenatého) jsou hojné v oceánech a plážích, je oxid vápenatý relativně levným činidlem.

Vzorec

Chemický vzorec oxidu vápenatého je CaO, ve kterém je iont vápníku jako kyselina (akceptor elektronů) Ca2 ⁺, a kyslík jako základní ion (donor elektronů) O ^2-.

Proč je vápník nabitý +2? Protože vápník patří do skupiny 2 periodické tabulky (Mr. Becambara) a má k dispozici pouze dva valenční elektrony pro tvorbu vazeb, které se vzdává atomu kyslíku.

Struktura

Na horním obrázku je znázorněna krystalická struktura (typ drahokamové soli) pro oxid vápenatý. Objemné červené koule odpovídají iontům Ca ²⁺ a bílé koule k iontům O ².

V tomto uspořádání kubických krystalů je každý iont Ca2 ⁺ obklopen šesti O ^2- ionty, které jsou uzavřeny v oktaedrálních mezerách, které mezi nimi zanechávají velké ionty.

Tato struktura vyjadřuje iontový charakter tohoto oxidu na maximum, ačkoli výrazný rozdíl v poloměrech (červená koule je větší než bílá) mu dává slabší krystalickou mřížovou energii ve srovnání s MgO.

Vlastnosti

Fyzicky je to bílá krystalická pevná látka, bez zápachu a se silnými elektrostatickými interakcemi, která je odpovědná za její vysoké teploty tání (2572 ° C) a teplotu varu (2850 ° C). Dále má molekulovou hmotnost 55,958 g / mol a zajímavou vlastnost je termoluminiscence.

To znamená, že část oxidu vápenatého vystaveného plameni může zářit intenzivním bílým světlem, které je v angličtině známé jako záři světla nebo ve španělštině. Ionty Ca ²⁺ ve styku s ohněm vytvářejí načervenalý plamen, jak je vidět na následujícím obrázku.

Světlo reflektorů nebo reflektorů

Rozpustnost

CaO je základní oxid, který má silnou afinitu k vodě, do té míry, že absorbuje vlhkost (je to hygroskopická pevná látka) a okamžitě reaguje za vzniku haseného vápna nebo hydroxidu vápenatého:

CaO (y) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Tato reakce je exotermická (uvolňuje teplo) kvůli tvorbě pevné látky se silnějšími interakcemi a stabilnější krystalové mřížky. Reakce je však reverzibilní, pokud je Ca (OH) ₂ zahříván, dehydratován a zapálen hasené vápno; pak je vápno „znovuzrozen“.

Výsledný roztok je velmi zásaditý a pokud je nasycený oxidem vápenatým, dosáhne pH 12,8.

Rovněž je rozpustný v glycerolu a v kyselých a cukrových roztocích. Jelikož se jedná o základní oxid, přirozeně má efektivní interakce s kyselými oxidů (SiO ₂, Al ₂ O ₃ a Fe ₂ O ₃, například), je rozpustný ve své kapalné fázi. Na druhé straně je nerozpustný v alkoholech a organických rozpouštědlech.

Aplikace

CaO má obrovskou nekonečnost v průmyslovém použití, stejně jako při syntéze acetylenu (CH≡CH), při extrakci fosfátů z odpadních vod a při reakci s oxidem siřičitým z plynných odpadů.

Další použití pro oxid vápenatý jsou popsána níže:

Jako malta

Pokud se oxid vápenatý mísí s pískem (SiO ₂) a vodou, koláče s pískem a pomalu reagují s vodou za vzniku hašeného vápna. C02 _ve vzduchu se zase rozpustí ve vodě a reaguje s hašenou solí za vzniku uhličitanu vápenatého:

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

CaCO ₃ je odolnější a tvrdší směs než CaO, což způsobuje, že malta (předchozí směs) vytvrdí a fixuje cihly, bloky nebo keramiku mezi nimi nebo na požadovaný povrch.

Při výrobě skla

Základní surovinou pro výrobu skla jsou oxidy křemíku, které jsou ve směsi s vápnem, uhličitan sodný (Na ₂ CO ₃) a dalších přísad, které mají být potom se podrobí ohřevu, což vede k sklovité pevné látky. Tato pevná látka se následně zahřeje a fouká do jakýchkoli čísel.

V těžbě

Hasené vápno zabírá větší množství než vápno kvůli interakcím vodíkových vazeb (OHO). Tato vlastnost se používá k rozbití hornin zevnitř.

Toho je dosaženo jejich naplněním kompaktní směsí vápna a vody, která je utěsněna, aby soustředila svou tepelnou a expanzivní sílu ve skále.

Jako prostředek pro odstraňování křemičitanu

CaO se spojí se silikáty za vzniku koalescentní kapaliny, která se poté extrahuje ze suroviny určitého produktu.

Například železné rudy jsou surovinou pro výrobu kovového železa a oceli. Tyto minerály obsahují křemičitany, které jsou nežádoucími nečistotami v procesu a odstraňují se právě popsanou metodou.

Nanočástice oxidu vápenatého

Oxid vápenatý může být syntetizován jako nanočástice, měnící se koncentrace dusičnanu vápenatého (Ca (NO ₃) ₂) a hydroxidu sodného (NaOH) v roztoku.

Tyto částice jsou kulovité, základní (jako je makroskopická pevná látka) a mají hodně povrchu. V důsledku toho tyto vlastnosti prospívají katalytickým procesům. Který? Výzkum v současné době odpovídá na tuto otázku.

Tyto nanočástice byly použity k syntéze substituovaných organických sloučenin - jako jsou deriváty pyridinů - při formulaci nových léčiv k provádění chemických transformací, jako je umělá fotosyntéza, k čištění vody od těžkých a škodlivých kovů a jako fotokatalytická činidla.

Nanočástice mohou být syntetizovány na biologickém nosiči, jako jsou papája a listy zeleného čaje, aby je bylo možné použít jako antibakteriální činidlo.

Reference

1. scifun.org. (2018). Vápno: oxid vápenatý. Citováno z 30. března 2018, z: scifun.org.
2. Wikipedia. (2018). Oxid vápenatý. Citováno z 30. března 2018, z: en.wikipedia.org
3. Ashwini Anantharaman a kol. (2016). Zelená syntéza nanočástic oxidu vápenatého a jeho aplikace. Int. Journal of Engineering Research and Application. ISSN: 2248-9622, svazek 6, vydání 10, (část -1), str. 27-31.
4. J. Safaei-Ghomi a kol. (2013). Nanočástice oxidu vápenatého katalyzovaly jednostupňovou vícesložkovou syntézu vysoce substituovaných pyridinů ve vodném ethanolovém médiu Scientia Iranica, Transactions C: Chemistry and Chemical Engineering 20 549–554.
5. PubChem. (2018). Oxid vápenatý. Citováno z 30. března 2018, z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. V Prvcích skupiny 2. (čtvrté vydání., Str. 280). Mc Graw Hill.