OXID VÁPENATÝ (CAO): ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI A POUŽITIE - CHÉMIA - 2026

Oxid vápenatý (CaO) je anorganická zlúčenina, obsahujúce vápnik a kyslíka v iónových foriem (nie je byť zamieňaná s peroxid vápenatý CaO ₂ ). Na celom svete je známy ako vápno, slovo označujúce akúkoľvek anorganickú zlúčeninu, ktorá obsahuje uhličitany vápenaté, oxidy a hydroxidy vápenaté, okrem iných kovov, ako je kremík, hliník a železo.

Tento oxid (alebo vápno) sa tiež hovorovo nazýva vápno alebo hasené vápno, v závislosti od toho, či je hydratovaný alebo nie. Quicklime je oxid vápenatý, zatiaľ čo hasené vápno je jeho hydroxid. Vápenec (vápenec alebo stužené vápno) je zase sedimentárna hornina zložená hlavne z uhličitanu vápenatého (CaCO ₃ ).

Je to jeden z najväčších prírodných zdrojov vápnika a predstavuje surovinu na výrobu oxidu vápenatého. Ako sa vyrába táto hrdza? Uhličitany sú náchylné na tepelný rozklad; zahrievanie uhličitanov vápenatých na teploty vyššie ako 825 ° C vedie k tvorbe vápna a oxidu uhličitého.

Vyššie uvedené vyhlásenie možno opísať takto: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Pretože zemská kôra je bohatá na vápenec a kalcit a mušle (suroviny na výrobu oxidu vápenatého) sú hojné v oceánoch a plážach, oxid vápenatý je relatívne lacné činidlo.

vzorec

Chemický vzorec oxidu vápenatého CaO, v ktorom je ión vápnika, ako je kyselina (akceptora elektrónu) Ca ²⁺ , a kyslík ako základný iónov (donor elektrónov), O ² .

Prečo je vápnik nabitý +2? Pretože vápnik patrí do skupiny 2 periodickej tabuľky (Mr. Becambara), má k dispozícii iba dva valenčné elektróny na vytváranie väzieb, ktoré sa vzdáva atómu kyslíka.

štruktúra

Na hornom obrázku je znázornená kryštalická štruktúra (typ drahokamovej soli) pre oxid vápenatý. Objemné červené guľôčky zodpovedajú iónom Ca2 ⁺ a biele guľôčky iónom O ^2- ióny .

V tejto kubické kryštalické usporiadanie, každý Ca ²⁺ iónov je obklopený šiestimi O ^2- ióny , uzavretá v oktaedrických otvory, ktoré zanechávajú veľké iónov medzi nimi.

Táto štruktúra vyjadruje maximálny iónový charakter tohto oxidu, hoci výrazný rozdiel v polomeroch (červená guľa je väčšia ako biela) mu poskytuje slabšiu energiu kryštalickej mriežky v porovnaní s MgO.

vlastnosti

Fyzicky je to biela kryštalická pevná látka bez zápachu so silnými elektrostatickými interakciami, ktorá je zodpovedná za jej vysoké teploty topenia (2572 ° C) a body varu (2850 ° C). Ďalej má molekulovú hmotnosť 55,958 g / mol a zaujímavú vlastnosť, že je termoluminiscenčný.

To znamená, že kúsok oxidu vápenatého vystavený plameňu môže žiariť intenzívnym bielym svetlom, ktorý je v angličtine známy ako žiarivé svetlo alebo španielske svetlo vápnika. Ióny Ca ²⁺ pri kontakte s ohňom vytvárajú načervenalý plameň, ako je vidieť na nasledujúcom obrázku.

Svetlo reflektorov alebo reflektory

rozpustnosť

CaO je zásaditý oxid, ktorý má silnú afinitu k vode, pokiaľ absorbuje vlhkosť (je to hygroskopická pevná látka) a okamžite reaguje za vzniku haseného vápna alebo hydroxidu vápenatého:

CaO (y) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Táto reakcia je exotermická (uvoľňuje teplo) v dôsledku tvorby tuhej látky so silnejšími interakciami a stabilnejšou kryštálovou mriežkou. Reakcia je však reverzibilná, ak je Ca (OH) ₂ zahrievaný , dehydratuje ju a zapaľuje hasené vápno; potom je vápno „znovuzrodené“.

Výsledný roztok je veľmi zásaditý a ak je nasýtený oxidom vápenatým, dosiahne pH 12,8.

Rovnako je rozpustný v glycerole a v kyslých a cukrových roztokoch. Keďže sa jedná o základný oxid, prirodzene má efektívny interakcie s kyslými oxidov (SiO ₂ , Al ₂ O ₃ a Fe ₂ O ₃ , napríklad), je rozpustný vo svojej kvapalnej fáze. Na druhej strane je nerozpustný v alkoholoch a organických rozpúšťadlách.

aplikácia

CaO má obrovské nekonečné priemyselné využitie, ako aj pri syntéze acetylénu (CH≡CH), pri extrakcii fosfátov z odpadovej vody a pri reakcii s oxidom siričitým z plynného odpadu.

Ďalšie použitia pre oxid vápenatý sú opísané nižšie:

Ako malta

Ak sa oxid vápenatý zmieša s pieskom (SiO ₂ ) a vodou, koluje s pieskom a pomaly reaguje s vodou za vzniku haseného vápna. C02 _vo vzduchu sa zase rozpustí vo vode a reaguje s hasenou soľou za vzniku uhličitanu vápenatého:

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

CaCO ₃ je odolnejšia a tvrdšia zlúčenina ako CaO, čo spôsobuje, že malta (predchádzajúca zmes) vytvrdzuje a fixuje tehly, bloky alebo keramiku medzi nimi alebo na požadovaný povrch.

Vo výrobe skla

Základnou surovinou pre výrobu skla sú oxidy kremíka, ktoré sú v zmesi s vápnom, uhličitan sodný (Na ₂ CO ₃ ) a ďalších prísad, ktoré majú byť potom sa podrobí ohrevu, čo vedie k sklovité pevné látky. Táto tuhá látka sa následne zahreje a fúka na akékoľvek čísla.

V ťažbe

Vápenaté vápno zaberá väčší objem ako nehasené vápno v dôsledku interakcií vodíkových väzieb (OHO). Táto vlastnosť sa používa na lámanie skál zvnútra.

Toto sa dosiahne ich naplnením kompaktnou zmesou vápna a vody, ktorá je utesnená, aby sústredila svoju tepelnú a expanzívnu silu v skale.

Ako činidlo na odstraňovanie kremičitanu

CaO sa spája so silikátmi za vzniku koalescentnej kvapaliny, ktorá sa potom extrahuje zo suroviny určitého produktu.

Napríklad železné rudy sú surovinou na výrobu kovového železa a ocele. Tieto minerály obsahujú kremičitany, ktoré sú nežiaducimi nečistotami v procese a sú odstránené práve opísanou metódou.

Nanočastice oxidu vápenatého

Oxid vápenatý sa môže syntetizovať ako nanočastice, pričom sa mení koncentrácia dusičnanu vápenatého (Ca (NO ₃ ) ₂ ) a hydroxidu sodného (NaOH) v roztoku.

Tieto častice sú sférické, zásadité (rovnako ako tuhá látka v makrom meradle) a majú veľa povrchovej plochy. V dôsledku toho tieto vlastnosti prospievajú katalytickým procesom. Aké? Výskum v súčasnosti odpovedá na túto otázku.

Tieto nanočastice sa používajú na syntézu substituovaných organických zlúčenín - napríklad derivátov pyridínov - pri formulovaní nových liekov na uskutočnenie chemických transformácií, ako je umelá fotosyntéza, na čistenie vody od ťažkých a škodlivých kovov a ako fotokatalytické činidlá.

Nanočastice sa môžu syntetizovať na biologickom nosiči, ako sú papája a listy zeleného čaju, ktoré sa majú použiť ako antibakteriálne činidlá.

Referencie

1. scifun.org. (2018). Vápno: oxid vápenatý. Zdroj: 30. marca 2018, z: scifun.org.
2. Wikipedia. (2018). Oxid vápenatý. Zdroj: 30. marca 2018, z: en.wikipedia.org
3. Ashwini Anantharaman a kol. (2016). Zelená syntéza nanočastíc oxidu vápenatého a jej aplikácie. Int. Journal of Engineering Research and Application. ISSN: 2248-9622, zväzok 6, vydanie 10, (časť -1), s. 27-31.
4. J. Safaei-Ghomi a kol. (2013). Nanočastice oxidu vápenatého katalyzovali jednokrokovú viaczložkovú syntézu vysoko substituovaných pyridínov vo vodnom etanolovom médiu Scientia Iranica, Transactions C: Chemistry and Chemical Engineering 20 549–554.
5. PubChem. (2018). Oxid vápenatý. Zdroj: 30. marca 2018, z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. V Prvkoch skupiny 2. (štvrté vydanie., Str. 280). Mc Graw Hill.