CALCIUMOXIDE (CAO): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN EN TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2025

Het calciumoxyde (CaO) een anorganische verbinding die calcium en zuurstof ionogene vormen (niet te verwarren met calciumperoxyde CaO ₂ ). Wereldwijd staat het bekend als kalk, een woord dat elke anorganische verbinding aanduidt die calciumcarbonaten, oxiden en hydroxiden bevat, naast andere metalen zoals silicium, aluminium en ijzer.

Dit oxide (of kalk) wordt in de volksmond ook wel ongebluste kalk of gebluste kalk genoemd, afhankelijk van of het al dan niet gehydrateerd is. Ongebluste kalk is calciumoxide, terwijl gebluste kalk het hydroxide is. Kalksteen (kalksteen of geharde kalk) is op zijn beurt eigenlijk een sedimentair gesteente dat voornamelijk bestaat uit calciumcarbonaat (CaCO ₃ ).

Het is een van de grootste natuurlijke bronnen van calcium en vormt de grondstof voor de productie van calciumoxide. Hoe wordt deze roest geproduceerd? Carbonaten zijn gevoelig voor thermische ontleding; verhitting van calciumcarbonaten tot temperaturen hoger dan 825 ºC leidt tot de vorming van kalk en kooldioxide.

De bovenstaande uitspraak kan als volgt worden beschreven: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Omdat de aardkorst rijk is aan kalksteen en calciet, en schelpen (grondstoffen voor de productie van calciumoxide) overvloedig aanwezig zijn in de oceanen en stranden, is calciumoxide een relatief goedkoop reagens.

Formule

De chemische formule van calciumoxide is CaO, waarin het calciumion als zuur (elektronenacceptor) Ca ^{2+ is} , en zuurstof als het basision (elektronendonor) O ² .

Waarom is calcium +2 geladen? Omdat calcium behoort tot groep 2 van het periodiek systeem (Mr. Becambara), en het slechts twee valentie-elektronen heeft die beschikbaar zijn voor de vorming van bindingen, die het afgeeft aan het zuurstofatoom.

Structuur

In de bovenste afbeelding is de kristallijne structuur (type gemzout) voor calciumoxide weergegeven. De omvangrijke rode bollen komen overeen met de Ca ²⁺ -ionen en de witte bollen met de O ² -ionen .

In deze kubische kristalopstelling is elk Ca ^{2 +} -ion omgeven door zes O ² -ionen , opgesloten in de octaëdrische openingen die de grote ionen ertussen laten.

Deze structuur drukt het ionische karakter van dit oxide maximaal uit, hoewel het opmerkelijke verschil in de stralen (de rode bol is groter dan de witte) het een zwakkere kristallijne roosterenergie geeft in vergelijking met MgO.

Eigendommen

Fysiek is het een witte kristallijne, reukloze vaste stof met sterke elektrostatische interacties, die verantwoordelijk zijn voor zijn hoge smeltpunten (2572 ºC) en kookpunten (2850 ºC). Bovendien heeft het een molecuulgewicht van 55,958 g / mol en de interessante eigenschap dat het thermoluminescerend is.

Dit betekent dat een stuk calciumoxide dat aan een vlam wordt blootgesteld, kan gloeien met een intens wit licht, in het Engels bekend als schijnwerpers, of in het Spaans, calciumlicht. Ca ²⁺ -ionen veroorzaken in contact met vuur een roodachtige vlam, zoals te zien is in de volgende afbeelding.

Schijnwerper of schijnwerper

Oplosbaarheid

CaO is een basisch oxide met een sterke affiniteit voor water, in een zodanige mate dat het vocht opneemt (het is een hygroscopische vaste stof) en onmiddellijk reageert om gebluste kalk of calciumhydroxide te produceren:

CaO (s) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Deze reactie is exotherm (geeft warmte af) door de vorming van een vaste stof met sterkere interacties en een stabieler kristalrooster. De reactie is echter omkeerbaar als Ca (OH) ₂ wordt verwarmd , gedehydrateerd en de gebluste kalk wordt ontstoken; dan wordt de limoen "herboren".

De resulterende oplossing is erg basisch en als het verzadigd is met calciumoxide, bereikt het een pH van 12,8.

Evenzo is het oplosbaar in glycerol en in zuur- en suikeroplossingen. Omdat het een basisch oxide is, heeft het van nature effectieve interacties met zure oxiden (bijvoorbeeld SiO ₂ , Al ₂ O ₃ en Fe ₂ O ₃ ), omdat het oplosbaar is in hun vloeibare fasen. Aan de andere kant is het onoplosbaar in alcoholen en organische oplosmiddelen.

Toepassingen

CaO heeft een oneindig aantal industriële toepassingen, evenals bij de synthese van acetyleen (CH≡CH), bij de extractie van fosfaten uit afvalwater en bij de reactie met zwaveldioxide uit gasvormig afval.

Andere toepassingen voor calciumoxide worden hieronder beschreven:

Als mortel

Als calciumoxide zich mengt met zand (SiO ₂ ) en water, koekt het met zand en reageert langzaam met water om gebluste kalk te vormen. De CO _{2 in} de lucht lost op zijn beurt op in het water en reageert met het gebluste zout om calciumcarbonaat te vormen:

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

CaCO ₃ is een meer resistente en hardere verbinding dan CaO, waardoor de mortel (het vorige mengsel) uithardt en de stenen, blokken of keramiek ertussen of op het gewenste oppervlak fixeert.

Bij de glasproductie

De essentiële grondstof voor de productie van glas zijn siliciumoxiden, die worden gemengd met kalk, natriumcarbonaat (Na ₂ CO ₃ ) en andere toevoegingen, om vervolgens te verhitten, wat resulteert in een glasachtige vaste stof. Deze vaste stof wordt vervolgens verwarmd en tot figuren geblazen.

In de mijnbouw

Gebluste kalk neemt een groter volume in dan ongebluste kalk vanwege interacties met waterstofbruggen (OHO). Deze eigenschap wordt gebruikt om de rotsen van binnenuit te breken.

Dit wordt bereikt door ze te vullen met een compact mengsel van kalk en water, dat is afgedicht om de warmte en expansieve kracht in de rots te concentreren.

Als silicaatverwijderaar

CaO versmelt met silicaten om een ​​coalescerende vloeistof te vormen, die vervolgens wordt gewonnen uit de grondstof van een bepaald product.

IJzerertsen zijn bijvoorbeeld de grondstof voor de productie van metallisch ijzer en staal. Deze mineralen bevatten silicaten, die ongewenste onzuiverheden zijn voor het proces en worden verwijderd door de zojuist beschreven methode.

Calciumoxide-nanodeeltjes

Calciumoxide kan worden gesynthetiseerd als nanodeeltjes, waarbij de concentraties van calciumnitraat (Ca (NO ₃ ) ₂ ) en natriumhydroxide (NaOH) in oplossing worden gevarieerd .

Deze deeltjes zijn bolvormig, basisch (net als de vaste stof op macroschaal) en hebben veel oppervlakte. Bijgevolg komen deze eigenschappen ten goede aan katalytische processen. Welke? Onderzoek geeft momenteel antwoord op die vraag.

Deze nanodeeltjes zijn gebruikt om gesubstitueerde organische verbindingen, zoals pyridinederivaten, te synthetiseren in de formulering van nieuwe geneesmiddelen om chemische transformaties uit te voeren, zoals kunstmatige fotosynthese, voor de zuivering van water uit zware en schadelijke metalen, en als fotokatalytische middelen.

De nanodeeltjes kunnen worden gesynthetiseerd op een biologische drager, zoals papaja en groene theebladeren, om als antibacterieel middel te worden gebruikt.

Referenties

1. scifun.org. (2018). Kalk: calciumoxide. Opgehaald op 30 maart 2018, van: scifun.org.
2. Wikipedia. (2018). Calcium oxide. Opgehaald op 30 maart 2018, van: en.wikipedia.org
3. Ashwini Anantharaman et al. (2016). Groene synthese van calciumoxide-nanodeeltjes en hun toepassingen. Int. Journal of Engineering Research and Application. ISSN: 2248-9622, Vol.6, Issue 10, (Part -1), pp.27-31.
4. J. Safaei-Ghomi et al .; (2013). Calciumoxide nanodeeltjes gekatalyseerd eenstaps meercomponent synthese van sterk gesubstitueerde pyridines in waterige ethanol media Scientia Iranica, Transactions C: Chemistry and Chemical Engineering 20 549–554.
5. PubChem. (2018). Calcium oxide. Opgehaald op 30 maart 2018, van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. In The elements of group 2. (vierde editie., P. 280). Mc Graw Hill.