Calciumcarbide (CaC2) structuur, eigenschappen, productie, gebruik

De calciumcarbide Het is een anorganische verbinding gevormd door de elementen calcium (Ca) en koolstof (C). De chemische formule is CaC_twee. Het is een vaste stof die kleurloos tot geelachtig of grijsachtig wit en zelfs zwart kan zijn, afhankelijk van de onzuiverheden die het bevat.

Een van de belangrijkste chemische reacties van CaC_twee is wat er gebeurt met water H_tweeOf, waarin acetyleen HC≡CH wordt gevormd. Om deze reden wordt het gebruikt om op industriële wijze acetyleen te verkrijgen. Vanwege dezelfde reactie met water, wordt het gebruikt om fruit te rijpen, in valse wapens en in zeevlammen..

De CaC-reactie_twee met water produceert ook een nuttig slib om klinker (een component van cement) te maken, die minder kooldioxide (CO_twee) in vergelijking met de traditionele methode om cement te produceren.

Met stikstof (N_twee) calciumcarbide vormt calciumcyaanamide, dat wordt gebruikt als meststof. Het CaC_twee het wordt ook gebruikt om zwavel uit bepaalde metaallegeringen te verwijderen.

Enige tijd geleden heeft de CaC_twee Het werd gebruikt in zogenaamde hardmetalen lampen, maar deze komen niet veel meer voor omdat ze gevaarlijk zijn.

Artikel index

• 1 Structuur
• 2 Nomenclatuur
• 3 Eigenschappen
  • 3.1 Fysieke toestand
  • 3.2 Molecuulgewicht
  • 3.3 Smeltpunt
  • 3.4 Kookpunt
  • 3.5 Dichtheid
  • 3.6 Chemische eigenschappen
• 4 Verkrijgen
• 5 toepassingen
  • 5.1 Bij de productie van acetyleen
  • 5.2 Bij het verminderen van de CO2-uitstoot
  • 5.3 Bij het verkrijgen van calciumcyanamide
  • 5.4 In de metallurgische industrie
  • 5.5 In verschillende toepassingen
  • 5.6 Beëindigd gebruik
• 6 Risico's
• 7 referenties

Structuur

Calciumcarbide is een ionische verbinding en bestaat uit het calciumion Ca^twee+ en het carbide- of acetylide-ion C_twee^twee-. Het carbide-ion bestaat uit twee koolstofatomen die zijn verbonden door een drievoudige binding.

De kristalstructuur van CaC_twee is afgeleid van het kubieke (zoals natriumchloride NaCl), maar als het C-ion_twee^twee- is langwerpig, de structuur is vervormd en wordt tetragonaal.

Nomenclatuur

• Calciumcarbide
• Calciumcarbide
• Calciumacetylide

Eigendommen

Fysieke toestand

Kristallijne vaste stof die, wanneer hij puur is, kleurloos is, maar als hij is verontreinigd met andere verbindingen, hij geelachtig wit of grijsachtig tot zwart kan zijn.

Molecuulgewicht

64,0992 g / mol

Smeltpunt

2160 ºC

Kookpunt

Het CaC_twee het kookt onder ontleding bij 2300 ºC. Het kookpunt moet worden gemeten onder een inerte atmosfeer, dat wil zeggen zonder zuurstof of vocht..

Dichtheid

2,22 g / cm³

Chemische eigenschappen

Calciumcarbide reageert met water om acetyleen HC≡CH en calciumhydroxide Ca (OH) te vormen_twee​

CaC_twee + 2 uur_tweeO → HC≡CH + Ca (OH)_twee

Acetyleen is brandbaar, daarom CaC in aanwezigheid van vocht_twee het kan ontvlambaar zijn. Als het echter droog is, is het dat niet.

Calciumcarbide reageert met stikstof N._twee om calciumcyanamide CaCN te vormen_twee​

CaC_twee + N_twee → CaCN_twee + C

Het verkrijgen van

Calciumcarbide wordt industrieel geproduceerd in een vlamboogoven uitgaande van een mengsel van calciumcarbonaat (CaCO₃) en koolstof (C) die wordt blootgesteld aan een temperatuur van 2000 ° C. De reactie is als volgt samengevat:

Dief₃ + 3 C → CaC_twee + CO ↑ + CO_twee​

Of ook:

CaO + 3 C → CaC_twee + CO ↑

In een vlamboogoven wordt een elektrische boog opgewekt tussen twee grafietelektroden, die bestand zijn tegen de hoge temperaturen die worden gevormd. Er wordt een calciumcarbide met een zuiverheid van 80-85% verkregen.

Toepassingen

Bij de productie van acetyleen

Industrieel wordt de reactie van calciumcarbide met water gebruikt om acetyleen C te produceren_tweeH._twee.

CaC_twee + 2 uur_tweeO → HC≡CH + Ca (OH)_twee

Dit is de belangrijkste toepassing van calciumcarbide. In sommige landen wordt acetyleen zeer gewaardeerd, omdat het de productie van polyvinylchloride mogelijk maakt, een soort plastic. Daarnaast wordt acetyleen gebruikt om bij hoge temperaturen te lassen.

Bij het verminderen van de CO-uitstoot_twee

De overblijfselen verkregen door acetyleen te verkrijgen uitgaande van CaC_twee (ook wel "calciumcarbide slib" of "calciumcarbide residuen" genoemd) worden gebruikt om klinker of beton te verkrijgen.

Calciumcarbide-modder heeft een hoog gehalte aan calciumhydroxide (Ca (OH)_twee) (ongeveer 90%), wat calciumcarbonaat (CaCO₃) en heeft een pH groter dan 12.

Om deze redenen kan het reageren met SiO_twee of Al_tweeOF₃ het vormen van een product vergelijkbaar met dat verkregen door het cementhydratatieproces.

Een van de menselijke activiteiten die de meeste CO-uitstoot veroorzaken_twee het is de bouwsector. De CO_twee wordt gegenereerd naar het oosten los van calciumcarbonaat tijdens de reactie om beton te vormen.

Gebruik van calciumcarbideslib om calciumcarbonaat (CaCO₃) blijkt de CO-uitstoot te verlagen_twee met 39%.

Bij het verkrijgen van calciumcyanamide

Calciumcarbide wordt ook industrieel gebruikt om calciumcyanamide CaCN te verkrijgen_twee.

CaC_twee + N_twee → CaCN_twee + C

Calciumcyanamide wordt gebruikt als meststof, omdat het met het bodemwater wordt omgezet in cyaanamide H2N = C = N, dat stikstof levert aan planten, een essentiële voedingsstof voor hen.

In de metallurgische industrie

Calciumcarbide wordt gebruikt om zwavel te verwijderen uit legeringen zoals ferronikkel. CaC is gemengd_twee met de legering gesmolten bij 1550 ° C. Zwavel (S) reageert met calciumcarbide en produceert calciumsulfide CaS en koolstof C:

CaC_twee + S → 2 C + CaS

Het verwijderen van zwavel heeft de voorkeur als het mengen efficiënt is en het koolstofgehalte in de legering laag is. Het calciumsulfide CaS drijft op het oppervlak van de gesmolten legering van waaruit het wordt gedecanteerd en weggegooid..

In verschillende toepassingen

Calciumcarbide is gebruikt om zwavel uit ijzer te verwijderen. Ook als brandstof bij de staalproductie en als krachtig desoxidatiemiddel.

Het wordt gebruikt om fruit te rijpen. Acetyleen wordt gegenereerd uit calciumcarbide met water, dat de rijping van fruit, zoals bananen, induceert..

Calciumcarbide wordt gebruikt in dummy-pistolen om het luide knalgeluid te veroorzaken dat ze kenmerkt. Ook hier wordt de vorming van acetyleen gebruikt, die explodeert met een vonk in het apparaat.

Het CaC_twee gebruikt om offshore signalen te genereren in zelfontbrandende zeevlammen.

Beëindigd gebruik

Het CaC_twee het is gebruikt in zogenaamde hardmetalen lampen. De werking hiervan bestaat uit het druppelen van water op het calciumcarbide om acetyleen te vormen, dat ontbrandt en op deze manier licht geeft.

Deze lampen werden gebruikt in kolenmijnen, maar het gebruik ervan werd stopgezet vanwege de aanwezigheid van het methaangas CH₄ in deze mijnen. Dit gas is brandbaar en door de vlam van de carbidlamp kan deze ontbranden of exploderen..

Ze werden veel gebruikt in leisteen-, koper- en tinsteenmijnen, en ook in vroege auto's, motorfietsen en fietsen, als koplampen of koplampen.

Momenteel zijn ze vervangen door elektrische lampen of zelfs LED-lampen. Ze worden echter nog steeds gebruikt in landen als Bolivia, in de zilvermijnen van Potosí.

Risico's

Calciumcarbide CaC_twee droog is het niet brandbaar, maar in aanwezigheid van vocht vormt het snel acetyleen, wat het is.

Om een ​​brand te blussen in aanwezigheid van CaC_twee Water, schuim, kooldioxide of halogeenblussers mogen nooit worden gebruikt. Er moet zand of natrium- of calciumhydroxide worden gebruikt.

Referenties

1. Ropp, R.C. (2013). Groep 14 (C, Si, Ge, Sn en Pb) alkalische aardeverbindingen. Calciumcarbiden. In Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Opgehaald van sciencedirect.com.
2. Pohanish, R. P. (2017). C. Calciumcarbide. In Sittig's Handbook of Toxic and Hazardous Chemicals and Carcinogens (Seventh Edition). Opgehaald van sciencedirect.com.
3. Sun, H. et al. (2015). Eigenschappen van chemisch verbrand calciumcarbideresidu en de invloed ervan op cementeigenschappen. Materialen 2015, 8, 638-651. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.
4. Nie, Z. (2016). Eco-materialen en levenscyclusanalyse. Casestudy: CO_twee Emissieanalyse van calciumcarbide slibklinker. In groene en duurzame productie van geavanceerd materiaal. Opgehaald van sciencedirect.com.
5. Crundwell, F.K. Et al. (2011). Verfijning van gesmolten ferronikkel. Verwijdering van zwavel. In extractieve metallurgie van nikkel-, kobalt- en platinagroepmetalen. Opgehaald van sciencedirect.com.
6. Tressler, R.E. (2001). Structurele en thermostructurele keramiek. Carbiden. In Encyclopedia of Materials Science and Technology. Opgehaald van sciencedirect.com.
7. Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.