- Structuur
- Nomenclatuur
- Eigendommen
- Fysieke toestand
- Molecuulgewicht
- Smeltpunt
- Kookpunt
- Dichtheid
- Chemische eigenschappen
- Het verkrijgen van
- Toepassingen
- Bij de productie van acetyleen
- Bij het verminderen van de CO-uitstoot
- Bij het verkrijgen van calciumcyanamide
- In de metallurgische industrie
- In verschillende toepassingen
- Beëindigd gebruik
- Risico's
- Referenties
Het calciumcarbide is een anorganische verbinding die bestaat uit de elementen calcium (Ca) en koolstof (C). De chemische formule is CaC 2 . 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 2 is die welke plaatsvindt met water H 2 O, waarin het acetyleen HC≡CH vormt. Om deze reden wordt het gebruikt om acetyleen industrieel te verkrijgen. Vanwege dezelfde reactie met water, wordt het gebruikt om fruit te rijpen, in valse wapens en in zeevlammen.
Vaste calciumcarbide CaC 2 . Ondřej Mangl / Openbaar domein. Bron: Wikimedia Commons.
De reactie van CaC 2 met water levert ook een bruikbaar slib op om klinker (een bestanddeel van cement) te maken, dat minder kooldioxide (CO 2 ) produceert in vergelijking met de traditionele methode om cement te produceren.
Met stikstof (N 2 ) vormt calciumcarbide calciumcyanamide, dat wordt gebruikt als meststof. CaC 2 wordt ook gebruikt om zwavel uit bepaalde metaallegeringen te verwijderen.
Enige tijd geleden werd CaC 2 gebruikt in zogenaamde hardmetalen lampen, maar deze zijn niet meer heel gebruikelijk omdat ze gevaarlijk zijn.
Structuur
Calciumcarbide is een ionische verbinding en bestaat uit het calciumion Ca 2+ en het carbide- of acetylide-ion C 2 2- . Het carbide-ion bestaat uit twee koolstofatomen die zijn verbonden door een drievoudige binding.
Chemische structuur van calciumcarbide. Auteur: Hellbus. Bron: Wikimedia Commons.
De kristalstructuur van CaC 2 wordt afgeleid van de kubische ene (dergelijks natriumchloride NaCl), maar de C 2 2- ionen langwerpig structuur vervormd en wordt tetragonale.
Nomenclatuur
- Calciumcarbide
- Calciumcarbide
- Calciumacetylide
Eigendommen
Fysieke toestand
Kristallijne vaste stof die, wanneer hij puur is, kleurloos is, maar als hij verontreinigd is met andere verbindingen, hij geelachtig wit of grijsachtig tot zwart kan zijn.
Calciumcarbide CaC 2 met onzuiverheden. Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Bron: Wikimedia Commons.
Molecuulgewicht
64,0992 g / mol
Smeltpunt
2160 ºC
Kookpunt
CaC 2 kookt bij 2300ºC onder ontleding. Het kookpunt moet worden gemeten onder een inerte atmosfeer, dat wil zeggen zonder zuurstof of vocht.
Dichtheid
2,22 g / cm 3
Chemische eigenschappen
Calciumcarbide reageert met water om acetyleen HC≡CH en calciumhydroxide Ca (OH) 2 te vormen :
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
Acetyleen is ontvlambaar, daarom kan CaC 2 in aanwezigheid van vocht ontvlambaar zijn. Als het echter droog is, is het dat niet.
Calciumcarbide CaC 2 vormt met water acetyleen HC≡CH, een ontvlambare verbinding. Kristina Kravets / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Bron: Wikimedia Commons.
Calciumcarbide reageert met stikstof N 2 om calciumcyanamide CaCN 2 te vormen :
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
Het verkrijgen van
Calciumcarbide wordt industrieel geproduceerd in een vlamboogoven uitgaande van een mengsel van calciumcarbonaat (CaCO 3 ) en koolstof (C) dat wordt onderworpen aan een temperatuur van 2000 ° C. De reactie is als volgt samengevat:
CaCO 3 + 3 C → CaC 2 + CO ↑ + CO 2 ↑
Of ook:
CaO + 3 C → CaC 2 + CO ↑
In een vlamboogoven ontstaat een elektrische boog tussen twee grafietelektroden, die bestand zijn tegen de hoge temperaturen die ontstaan. 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 2 H 2 te produceren .
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
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. Verder wordt acetyleen gebruikt voor lassen bij hoge temperaturen.
HC≡CH acetyleenvlam voor het lassen van metalen bij zeer hoge temperaturen. Auteur: Shutterbug75. Bron: Pixabay.
Bij het verminderen van de CO-uitstoot
De resten die worden verkregen bij het verkrijgen van acetyleen uitgaande van CaC 2 (ook wel "calciumcarbideslib" of "calciumcarbide-residuen" genoemd) worden gebruikt om klinker of beton te verkrijgen.
Calciumcarbide-modder heeft een hoog gehalte aan calciumhydroxide (Ca (OH) 2 ) (ongeveer 90%), wat calciumcarbonaat (CaCO 3 ) en heeft een pH-waarde hoger dan 12.
Calciumcarbide-residuen kunnen in de bouw worden gebruikt om beton voor te bereiden, waardoor de vorming van CO 2 in deze industrie wordt verminderd. Auteur: Engin Akyurt. Bron: Pixabay.
Om deze redenen kan het reageren met SiO 2 of Al 2 O 3 en een product vormen dat vergelijkbaar is met dat verkregen door het cementhydratatieproces.
Een van de menselijke activiteiten die de meeste CO 2 -uitstoot veroorzaken, is de bouwsector. De CO 2 wordt gegenereerd doordat het vrijkomt uit het calciumcarbonaat tijdens de reactie om beton te vormen.
Het gebruik van calciumcarbideslib ter vervanging van calciumcarbonaat (CaCO 3 ) blijkt de CO 2 -uitstoot met 39% te verminderen .
Bij het verkrijgen van calciumcyanamide
Calciumcarbide wordt ook industrieel gebruikt om calciumcyanamide CaCN 2 te verkrijgen .
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
Calciumcyanamide wordt gebruikt als meststof, omdat het met het bodemwater cyaanamide H2N = C = N wordt, dat de planten stikstof levert, een essentiële voedingsstof voor hen.
In de metallurgische industrie
Calciumcarbide wordt gebruikt om zwavel te verwijderen uit legeringen zoals ferronickel. De CaC 2 wordt gemengd met de gesmolten legering bij 1550 ° C. Zwavel (S) reageert met calciumcarbide en produceert calciumsulfide CaS en koolstof C:
CaC 2 + S → 2 C + CaS
Zwavelverwijdering heeft de voorkeur als het mengen efficiënt is en het koolstofgehalte in de legering laag is. 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 productie van staal 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.
Bananen kunnen worden gerijpt met calciumcarbide CaC 2 . Auteur: Alexas Fotos. Bron: Pixabay.
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.
CaC 2 wordt gebruikt om signalen op zee te genereren bij zelfontbrandende zeevlammen .
Beëindigd gebruik
CaC 2 is gebruikt in zogenaamde carbidelampen . 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 methaangas CH 4 in deze mijnen. Dit gas is brandbaar en kan door de vlam van de carbidelamp ontbranden of exploderen.
CaC 2 calciumcarbide lamp . SCEhardt / Openbaar domein. Bron: Wikimedia Commons.
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
Droog calciumcarbide CaC 2 is niet brandbaar, maar vormt in aanwezigheid van vocht snel acetyleen, wat het is.
Gebruik nooit water, schuim, kooldioxide of halogeenblussers om een brand te blussen in aanwezigheid van CaC 2 . Er moet zand of natrium- of calciumhydroxide worden gebruikt.
Referenties
- Ropp, RC (2013). Groep 14 (C, Si, Ge, Sn en Pb) alkalische aardeverbindingen. Calciumcarbiden. In Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Pohanish, RP (2017). C. Calciumcarbide. In Sittig's Handbook of Toxic and Hazardous Chemicals and Carcinogens (Seventh Edition). Opgehaald van sciencedirect.com.
- 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.
- Nie, Z. (2016). Eco-materialen en levenscyclusanalyse. Case study: CO 2 -emissieanalyse van calciumcarbide slibklinker. In groene en duurzame productie van geavanceerd materiaal. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Crundwell, FK et al. (2011). Verfijning van gesmolten ferronikkel. Verwijdering van zwavel. In extractieve metallurgie van nikkel-, kobalt- en platinagroepmetalen. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Tressler, RE (2001). Structurele en thermostructurele keramiek. Carbiden. In Encyclopedia of Materials Science and Technology. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.