KARBID VÁPENATÝ (CAC2): ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, VÝROBA, POUŽITIE - CHÉMIA - 2025

Karbidu vápnika je anorganická zlúčenina skladajúci sa z prvkov vápnika (Ca) a uhlíka (C). Jeho chemický vzorec je CaC ₂ . Je to tuhá látka, ktorá môže byť bezfarebná až nažltlá alebo sivasto-biela a dokonca čierna v závislosti od nečistôt, ktoré obsahuje.

Jedným z najdôležitejších chemických reakcií CAC _2, je tá, ktorá sa vyskytuje pri vode H ₂ O, v ktorom sa tvorí acetylénu HC≡CH. Z tohto dôvodu sa používa na priemyselné získavanie acetylénu. Vďaka rovnakej reakcii s vodou sa používa na dozrievanie ovocia, vo falošných zbraniach a v námorných svetlíkoch.

Tuhý karbid vápenatý CaC ₂ . Ondřej Mangl / Public Domain. Zdroj: Wikimedia Commons.

Reakcia CAC ₂ s vodou tiež vytvára užitočnú kal pripraviť slinku (komponent cementu), ktorý produkuje menej oxidu uhličitého (CO ₂ ) v porovnaní s tradičnou spôsob výroby cementu.

V prípade dusíka (N ₂ ) vytvára karbid vápenatý kyánamid vápenatý, ktorý sa používa ako hnojivo. CaC _{2 sa} tiež používa na odstránenie síry z určitých kovových zliatin.

Pred nejakým časom sa CaC ₂ používal v takzvaných karbidových žiarovkách, tie však už nie sú veľmi bežné, pretože sú nebezpečné.

štruktúra

Karbid vápnika je iónová zlúčenina, a je tvorená z vápenatých iónov Ca ²⁺ a karbidu alebo Acetylid ion C ₂ ² . Karbidový ión sa skladá z dvoch atómov uhlíka spojených trojitou väzbou.

Chemická štruktúra karbidu vápenatého. Autor: Hellbus. Zdroj: Wikimedia Commons.

Kryštalická štruktúra CAC ₂ je odvodená od jedného kubického (ako to chlorid sodný NaCl), ale ako C ₂ ^2- ion je pretiahnutá konštrukcia skreslený a stáva tetragonálnej.

názvoslovie

• Karbid vápenatý
• Karbid vápenatý
• Acetylid vápenatý

vlastnosti

Fyzický stav

Kryštalická tuhá látka, ktorá, ak je čistá, je bezfarebná, ale ak je kontaminovaná inými zlúčeninami, môže byť žltkastobiela alebo sivastá až čierna.

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

Molekulová hmotnosť

64,0992 g / mol

Bod topenia

2160 ° C

Bod varu

CaC ₂ vrie pri 2300 ° C s rozkladom. Teplota varu sa musí merať v inertnej atmosfére, to znamená bez kyslíka alebo vlhkosti.

Hustota

2,22 g / cm ³

Chemické vlastnosti

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

CaC ₂ + 2 H ₂ O → HC≡CH + Ca (OH) ₂

Acetylén je horľavý, preto v prítomnosti vlhkosti môže byť CaC ₂ horľavý. Keď je však suchý, nie je.

Karbid vápenatý CaC ₂ s vodou tvorí acetylén HC≡CH, horľavú zlúčeninu. Kristina Kravets / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Zdroj: Wikimedia Commons.

Reaguje karbidu vápnika s dusíkom N ₂ za vzniku kyánamid vápenatý CaCN ₂ :

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

získanie

Karbid vápnika sa vyrába priemyselne v elektrickej oblúkovej peci sa vychádza zo zmesi uhličitanu vápenatého (CaCO ₃ ) a uhlíka (C), ktorá je podrobená na teplotu 2000 ° C, Reakcia je zhrnutá takto:

CaCO ₃ + 3 C → CaC ₂ + CO ↑ + CO ₂ ↑

Alebo tiež:

CaO + 3 C → CaC ₂ + CO ↑

V elektrickej oblúkovej peci sa vytvára elektrický oblúk medzi dvoma grafitovými elektródami, ktoré odolávajú vznikajúcim vysokým teplotám. Získa sa karbid vápenatý s 80 až 85% čistotou.

aplikácia

Pri výrobe acetylénu

Priemyselne sa reakcia karbidu vápnika s vodou sa používa na výrobu acetylénu C ₂ H ₂ .

CaC ₂ + 2 H ₂ O → HC≡CH + Ca (OH) ₂

Toto je najdôležitejšie použitie karbidu vápnika. V niektorých krajinách je vysoko cenený acetylén, pretože umožňuje výrobu polyvinylchloridu, ktorý je typom plastu. Ďalej sa acetylén používa na zváranie pri vysokých teplotách.

HC≡CH acetylénový plameň na zváranie kovov pri veľmi vysokých teplotách. Autor: Shutterbug75. Zdroj: Pixabay.

Pri znižovaní emisií CO

Zvyšky získané z získanie počiatočnej acetylénu z CAC ₂ (tiež nazývaný "kal vápenatý karbid" alebo "zvyšky karbidu vápnika") sa používajú na získanie slinku alebo betón.

Karbid vápnika bahno má vysoký obsah hydroxidu vápenatého (Ca (OH) ₂ ) (okolo 90%), niektoré uhličitan vápenatý (CaCO ₃ ), a má pH vyššie ako 12.

Zvyšky karbid vápnika môžu byť použité v stavebnej činnosti na prípravu betónu, čím sa znižuje vytváranie CO ₂ v tomto odvetví. Autor: Engin Akyurt. Zdroj: Pixabay.

Z týchto dôvodov, môže reagovať s SiO ₂ alebo Al ₂ O _3, tvoriaci výrobok podobný, že získaný postupom hydratácie cementu.

Jednou z ľudských činností, ktorá produkuje najviac emisií CO _2, je stavebný priemysel. CO ₂ je vytvorený tým, že je uvoľnený z uhličitanu vápenatého v priebehu reakcie za vzniku betónu.

Použitie kalov karbidu vápnika nahradiť uhličitanu vápenatého (CaCO ₃ ), bolo zistené, že zníženie CO ₂ emisie o 39%.

Pri získavaní kyánamidu vápenatého

Karbid vápnika sa tiež používa priemyselne získať dusíkaté vápno CaCN ₂ .

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

Kyanamid vápenatý sa používa ako hnojivo, pretože s pôdnou vodou sa stáva kyánamid H2N = C = N, ktorý rastlinám dodáva dusík, čo je pre ne nevyhnutnou živinou.

V metalurgickom priemysle

Karbid vápenatý sa používa na odstránenie síry zo zliatin, ako je feronikel. CAC ₂ sa zmieša s roztavenou zliatinou 1550 ° C, Síra (S) reaguje s karbidom vápenatým a vytvára sulfid vápenatý CaS a uhlík C:

CaC ₂ + S → 2 C + CaS

Odstránenie síry je výhodné, ak je miešanie účinné a obsah uhlíka v zliatine je nízky. Sulfid vápenatý CaS pláva na povrchu roztavenej zliatiny, z ktorej sa dekantuje a zlikviduje.

Na rôzne použitia

Karbid vápenatý sa používa na odstránenie síry zo železa. Tiež ako palivo pri výrobe ocele a ako silný deoxidátor.

Používa sa na dozrievanie ovocia. Acetylén sa vyrába z karbidu vápnika vodou, čo vyvoláva dozrievanie ovocia, napríklad banánov.

Banány sa môžu dozrieť pomocou karbidu vápenatého CaC ₂ . Autor: Alexas Fotos. Zdroj: Pixabay.

Karbid vápnika sa používa v slepých zbraniach, aby spôsobil hlučný tresk, ktorý ich charakterizuje. Tu sa tiež používa tvorba acetylénu, ktorý exploduje iskrou vo vnútri zariadenia.

CaC ₂ sa používa na generovanie signálov na otvorenom mori v samozápalných námorných svetlíkoch.

Prerušené používanie

CaC ₂ sa používa v tzv. Karbidových žiarovkách. Ich prevádzka spočíva v tom, že na karbid vápnika kvapká voda za vzniku acetylénu, ktorý sa zapáli a týmto spôsobom poskytuje svetlo.

Tieto lampy boli použité v uhoľných baniach, ale ich použitie bolo prerušené kvôli prítomnosti metánu CH ₄ v týchto baniach. Tento plyn je horľavý a plameň z karbidovej žiarovky môže spôsobiť jeho vznietenie alebo výbuch.

Lampa s karbidom vápenatým CaC ₂ . SCEhardt / Public Domain. Zdroj: Wikimedia Commons.

Boli široko používané v bridlicových, medených a cínových baniach a tiež v skorých automobiloch, motocykloch a bicykloch, ako svetlomety alebo svetlomety.

V súčasnosti boli nahradené elektrickými alebo dokonca LED žiarovkami. Stále sa však používajú v krajinách ako Bolívia, v strieborných baniach Potosí.

riziká

Suchý karbid vápenatý CaC ₂ nie je horľavý, ale v prítomnosti vlhkosti rýchlo vytvára acetylén, ktorým je.

Na hasenie požiaru v prítomnosti CaC ₂ nikdy nepoužívajte vodu, penu, kysličník uhličitý alebo halogénové hasiace prístroje. Používa sa piesok alebo hydroxid sodný alebo hydroxid vápenatý.

Referencie

1. Ropp, RC (2013). Skupina 14 (C, Si, Ge, Sn a Pb) zlúčeniny alkalických zemín. Karbidy vápnika. V encyklopédii zlúčenín alkalických zemín. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
2. Pohanish, RP (2017). C. Karbid vápenatý. V Príručke toxických a nebezpečných chemikálií a karcinogénov spoločnosti Sittig (siedme vydanie). Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
3. Sun, H. a kol. (2015). Vlastnosti chemicky spaľovaného zvyšku karbidu vápenatého a jeho vplyv na vlastnosti cementu. Materials 2015, 8, 638-651. Získané z ncbi.nlm.nih.gov.
4. Nie, Z. (2016). Ekologické materiály a hodnotenie životného cyklu. Prípadová štúdia: CO ₂ Emisie Analýza karbid vápnika kalov slinku. V ekologickej a trvalo udržateľnej výrobe moderných materiálov. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
5. Crundwell, FK a kol. (2011). Rafinácia roztaveného feronikla. Odstraňovanie síry. V ťažobnej metalurgii kovov niklu, kobaltu a platiny. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
6. Tressler, RE (2001). Štrukturálna a termostrukturálna keramika. Karbidy. V encyklopédii materiálových vied a technológie. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
7. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chémia. Štvrté vydanie. John Wiley a synovia.