- بناء
- التسمية
- الخصائص
- الحالة الفيزيائية
- الوزن الجزيئي الغرامي
- نقطة الانصهار
- نقطة الغليان
- كثافة
- الخواص الكيميائية
- الحصول
- التطبيقات
- في إنتاج الأسيتيلين
- في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون
- في الحصول على سياناميد الكالسيوم
- في صناعة المعادن
- في استخدامات مختلفة
- توقف عن الاستخدام
- المخاطر
- المراجع
و كربيد الكالسيوم هو مركب غير العضوية التي تتكون من عناصر الكالسيوم (الكالسيوم) والكربون (C). صيغته الكيميائية هي CaC 2. وهي مادة صلبة يمكن أن تكون عديمة اللون إلى الأبيض المصفر أو الرمادي ، وحتى الأسود حسب الشوائب التي تحتوي عليها.
واحدة من أهم تفاعلاتها الكيميائية لـ CaC 2 هي تلك التي تحدث مع الماء H 2 O ، حيث تشكل الأسيتيلين HC≡CH. لهذا السبب يتم استخدامه للحصول على الأسيتيلين صناعياً. بسبب نفس التفاعل مع الماء ، يتم استخدامه لإنضاج الثمار ، في البنادق الكاذبة وفي مشاعل البحرية.
كربيد الكالسيوم الصلب CaC 2. Ondřej Mangl / المجال العام. المصدر: ويكيميديا كومنز.
ينتج عن تفاعل CaC 2 مع الماء أيضًا حمأة مفيدة لتحضير الكلنكر (أحد مكونات الأسمنت) ، والذي ينتج عنه كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون (CO 2) مقارنة بالطريقة التقليدية لإنتاج الأسمنت.
مع النيتروجين (N 2) ، يشكل كربيد الكالسيوم سياناميد الكالسيوم ، والذي يستخدم كسماد. يستخدم CaC 2 أيضًا لإزالة الكبريت من سبائك معدنية معينة.
منذ بعض الوقت ، تم استخدام CaC 2 في ما يسمى بمصابيح الكربيد ، ولكنها لم تعد شائعة جدًا لأنها خطيرة.
بناء
كربيد الكالسيوم مركب أيوني ويتكون من أيون الكالسيوم Ca 2 + وكربيد أو أسيتيل أيون C 2 2-. يتكون أيون الكربيد من ذرتين من الكربون متصلتين برابطة ثلاثية.
التركيب الكيميائي لكربيد الكالسيوم. المؤلف: Hellbus. المصدر: ويكيميديا كومنز.
البنية البلورية للCAC 2 مشتق من واحد مكعب (مثلها في ذلك مثل كلوريد الصوديوم كلوريد الصوديوم)، ولكن كما C و 2 2- أيون هو ممدود هيكل يصبح مشوها ويصبح رباعي الزوايا.
التسمية
- كربيد الكالسيوم
- كربيد الكالسيوم
- أسيتليد الكالسيوم
الخصائص
الحالة الفيزيائية
مادة صلبة بلورية عندما تكون نقية عديمة اللون ، ولكن إذا كانت ملوثة بمركبات أخرى يمكن أن تكون بيضاء مصفرة أو رمادية إلى سوداء.
كربيد الكالسيوم CaC 2 مع شوائب. Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). المصدر: ويكيميديا كومنز.
الوزن الجزيئي الغرامي
64.0992 جم / مول
نقطة الانصهار
2160 درجة مئوية
نقطة الغليان
CAC 2 الدمامل في 2300ºC مع التحلل. يجب قياس نقطة الغليان في جو خامل ، أي بدون أكسجين أو رطوبة.
كثافة
2.22 جم / سم 3
الخواص الكيميائية
يتفاعل كربيد الكالسيوم مع الماء لتكوين الأسيتيلين هيدروكسيد الكالسيوم وهيدروكسيد الكالسيوم Ca (OH) 2:
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
الأسيتيلين قابل للاشتعال ، لذلك في وجود الرطوبة يمكن أن يكون CaC 2 قابل للاشتعال. ومع ذلك ، عندما يجف فهو ليس كذلك.
يشكل كربيد الكالسيوم CaC 2 مع الماء الأسيتيلين HC≡CH ، وهو مركب قابل للاشتعال. كريستينا كرافيتس / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). المصدر: ويكيميديا كومنز.
يتفاعل كربيد الكالسيوم مع النيتروجين N 2 لتكوين سياناميد الكالسيوم CaCN 2:
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C.
الحصول
يتم إنتاج كربيد الكالسيوم صناعيًا في فرن القوس الكهربائي بدءًا من خليط من كربيد الكالسيوم (CaCO 3) والكربون (C) الذي يتعرض لدرجة حرارة 2000 درجة مئوية. يتم تلخيص رد الفعل على النحو التالي:
كربونات الكالسيوم 3 + 3 C → CAC 2 + CO ↑ + CO 2 ↑
او ايضا:
CaO + 3 C → CaC 2 + CO
في فرن القوس الكهربائي ، يتم إنتاج قوس من الكهرباء بين قطبين من الجرافيت ، مما يقاوم درجات الحرارة العالية التي تتشكل. يتم الحصول على كربيد الكالسيوم بنقاوة 80-85٪.
التطبيقات
في إنتاج الأسيتيلين
صناعيًا ، يتم استخدام تفاعل كربيد الكالسيوم مع الماء لإنتاج الأسيتيلين C 2 H 2.
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
هذا هو أهم استخدام لكربيد الكالسيوم. في بعض البلدان ، يعتبر الأسيتيلين ذا قيمة عالية ، لأنه يسمح بإنتاج البولي فينيل كلوريد ، وهو نوع من البلاستيك. علاوة على ذلك ، يتم استخدام الأسيتيلين للحام في درجات حرارة عالية.
لهب الأسيتيلين HC≡CH لحام المعادن في درجات حرارة عالية جدًا. المؤلف: Shutterbug75. المصدر: Pixabay.
في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون
تُستخدم البقايا التي تم الحصول عليها من الحصول على الأسيتيلين بدءًا من CaC 2 (وتسمى أيضًا "حمأة كربيد الكالسيوم" أو "بقايا كربيد الكالسيوم") للحصول على الكلنكر أو الخرسانة.
يحتوي طين كربيد الكالسيوم على نسبة عالية من هيدروكسيد الكالسيوم (Ca (OH) 2) (حوالي 90٪) ، وبعض كربونات الكالسيوم (CaCO 3) ودرجة حموضة أكبر من 12.
بقايا كربيد الكالسيوم يمكن أن تستخدم في نشاط البناء لإعداد الخرسانة، وبالتالي تقليل جيل من CO 2 في هذه الصناعة. المؤلف: إنجين أكيورت. المصدر: Pixabay.
لهذه الأسباب ، يمكن أن يتفاعل مع SiO 2 أو Al 2 O 3 ، مكونًا منتجًا مشابهًا لذلك الذي تم الحصول عليه من خلال عملية ترطيب الأسمنت.
واحدة من الأنشطة البشرية التي تنتج معظم CO 2 انبعاثات هو صناعة البناء والتشييد. وCO 2 والتي تم إنشاؤها بواسطة إطلاق سراحه من كربونات الكالسيوم أثناء رد الفعل على شكل الخرسانة.
استخدام الكالسيوم كربيد الحمأة لتحل محل كربونات الكالسيوم (كربونات الكالسيوم 3) وقد وجد للحد من CO 2 الانبعاثات بنسبة 39٪.
في الحصول على سياناميد الكالسيوم
يستخدم كربيد الكالسيوم أيضًا صناعيًا للحصول على سياناميد الكالسيوم CaCN 2.
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C.
يستخدم سياناميد الكالسيوم كسماد ، لأنه مع مياه التربة يصبح السياناميد H2N = C = N ، والذي يوفر النيتروجين للنباتات ، وهو عنصر غذائي أساسي لها.
في صناعة المعادن
يستخدم كربيد الكالسيوم لإزالة الكبريت من السبائك مثل ferronickel. يتم خلط CaC 2 مع سبيكة مصهورة عند 1550 درجة مئوية. يتفاعل الكبريت (S) مع كربيد الكالسيوم وينتج كبريتيد الكالسيوم CaS والكربون C:
CaC 2 + S → 2 C + CaS
يُفضل إزالة الكبريت إذا كان الخلط فعالًا وكان محتوى الكربون في السبيكة منخفضًا. يطفو كبريتيد الكالسيوم CaS على سطح السبيكة المنصهرة حيث يتم صبها والتخلص منها.
في استخدامات مختلفة
تم استخدام كربيد الكالسيوم لإزالة الكبريت من الحديد. أيضًا كوقود في إنتاج الفولاذ وكمزيل أكسدة قوي.
يتم استخدامه لإنضاج الفاكهة. يتم إنتاج الأسيتيلين من كربيد الكالسيوم مع الماء ، مما يؤدي إلى إنضاج الثمار مثل الموز.
يمكن إنضاج الموز باستخدام كربيد الكالسيوم CaC 2. المؤلف: Alexas Fotos. المصدر: Pixabay.
يستخدم كربيد الكالسيوم في البنادق الوهمية لإحداث ضوضاء عالية تميزها. هنا أيضًا يتم استخدام تكوين الأسيتيلين ، والذي ينفجر بشرارة داخل الجهاز.
يستخدم CaC 2 لتوليد إشارات في الخارج في مشاعل بحرية ذاتية الاشتعال.
توقف عن الاستخدام
تم استخدام CaC 2 في ما يسمى بمصابيح الكربيد. وتتكون عملية تقطير الماء على كربيد الكالسيوم لتكوين الأسيتيلين الذي يشتعل وبهذه الطريقة يوفر الضوء.
تم استخدام هذه المصابيح في مناجم الفحم ، ولكن تم إيقاف استخدامها بسبب وجود غاز الميثان CH 4 في هذه المناجم. هذا الغاز قابل للاشتعال ويمكن أن يتسبب اللهب المنبعث من مصباح الكربيد في اشتعاله أو انفجاره.
مصباح كربيد الكالسيوم CaC 2. SCEhardt / المجال العام. المصدر: ويكيميديا كومنز.
تم استخدامها على نطاق واسع في مناجم الصخور ، والنحاس والقصدير ، وكذلك في السيارات والدراجات النارية والدراجات في وقت مبكر ، كمصابيح أمامية أو مصابيح أمامية.
حاليًا تم استبدالها بمصابيح كهربائية أو حتى مصابيح LED. ومع ذلك ، لا تزال تستخدم في بلدان مثل بوليفيا ، في مناجم الفضة في بوتوسي.
المخاطر
كربيد الكالسيوم الجاف CaC 2 غير قابل للاشتعال ولكن في وجود الرطوبة فإنه يشكل الأسيتيلين بسرعة وهو كذلك.
لإطفاء حريق في وجود CaC 2 ، لا تستخدم مطلقًا الماء أو الرغوة أو ثاني أكسيد الكربون أو طفايات الهالوجين. يجب استخدام الرمل أو الصوديوم أو هيدروكسيد الكالسيوم.
المراجع
- روب ، آر سي (2013). المجموعة 14 (C ، Si ، Ge ، Sn ، Pb) مركبات الأرض القلوية. كربيدات الكالسيوم. في موسوعة مركبات الأرض القلوية. تعافى من sciencedirect.com.
- بوهانيش ، RP (2017). C. كربيد الكالسيوم. في كتيب Sittig للمواد الكيميائية والمواد المسرطنة السامة والخطرة (الإصدار السابع). تعافى من sciencedirect.com.
- صن ، هـ وآخرون. (2015). خصائص بقايا كربيد الكالسيوم المحترقة كيميائياً وتأثيرها على خصائص الأسمنت. المواد 2015 ، 8 ، 638-651. تعافى من ncbi.nlm.nih.gov.
- ني ، زي (2016). تقييم المواد البيئية ودورة الحياة. دراسة حالة: CO 2 تحليل الانبعاثات من كربيد الكالسيوم الحمأة الكلنكر. في التصنيع الأخضر والمستدام للمواد المتقدمة. تعافى من sciencedirect.com.
- كروندويل ، FK وآخرون. (2011). تكرير مصهور Ferronickel. إزالة الكبريت. في استخلاص المعادن من مجموعة معادن النيكل والكوبالت والبلاتين. تعافى من sciencedirect.com.
- تريسلر ، ري (2001). السيراميك الإنشائي والهيكل الحراري. كربيدات. في موسوعة علوم وتكنولوجيا المواد. تعافى من sciencedirect.com.
- قطن ، ف.ألبرت وويلكينسون ، جيفري. (1980). كيمياء غير عضوية متقدمة. طبعة رابعة. جون وايلي وأولاده.