- Struttura
- Nomenclatura
- Proprietà
- Stato fisico
- Peso molecolare
- Punto di fusione
- Punto di ebollizione
- Densità
- Proprietà chimiche
- Ottenere
- applicazioni
- Nella produzione di acetilene
- Nella riduzione delle emissioni di CO
- Nell'ottenere calciocianammide
- Nell'industria metallurgica
- In vari usi
- Uso interrotto
- rischi
- Riferimenti
Il carburo di calcio è un composto inorganico costituito dagli elementi calcio (Ca) e carbonio (C). La sua formula chimica è CaC 2 . È un solido che può essere da incolore a bianco giallastro o grigiastro e persino nero a seconda delle impurità che contiene.
Una delle sue reazioni chimiche più importanti del CaC 2 è quella che si verifica con l'acqua H 2 O, nella quale forma l'acetilene HC≡CH. Per questo motivo viene utilizzato per ottenere industrialmente l'acetilene. A causa della stessa reazione con l'acqua, viene utilizzato per maturare frutti, in falsi cannoni e in razzi navali.
Carburo di calcio solido CaC 2 . Ondřej Mangl / Dominio pubblico. Fonte: Wikimedia Commons.
La reazione del CaC 2 con l'acqua produce anche un fango utile per la preparazione del clinker (un componente del cemento), che produce meno anidride carbonica (CO 2 ) rispetto al metodo tradizionale di produzione del cemento.
Con l'azoto (N 2 ), il carburo di calcio forma la calciocianammide, che viene utilizzata come fertilizzante. CaC 2 viene anche utilizzato per rimuovere lo zolfo da alcune leghe metalliche.
Tempo fa CaC 2 veniva utilizzato nelle cosiddette lampade a carburo, ma queste non sono più molto comuni perché pericolose.
Struttura
Il carburo di calcio è un composto ionico ed è costituito dallo ione calcio Ca 2+ e dallo ione carburo o acetiluro C 2 2- . Lo ione carburo è costituito da due atomi di carbonio uniti da un triplo legame.
Struttura chimica del carburo di calcio. Autore: Hellbus. Fonte: Wikimedia Commons.
La struttura cristallina di CaC 2 è derivata da quella cubica (come quella del cloruro di sodio NaCl), ma man mano che lo ione C 2 2- si allunga la struttura si distorce e diventa tetragonale.
Nomenclatura
- Carburo di Calcio
- Carburo di Calcio
- Acetiluro di calcio
Proprietà
Stato fisico
Solido cristallino che quando puro è incolore, ma se contaminato con altri composti può essere bianco giallastro o da grigiastro a nero.
Carburo di calcio CaC 2 con impurità. Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Fonte: Wikimedia Commons.
Peso molecolare
64,0992 g / mol
Punto di fusione
2160 ºC
Punto di ebollizione
CaC 2 bolle a 2300ºC con decomposizione. Il punto di ebollizione deve essere misurato in atmosfera inerte, cioè senza ossigeno o umidità.
Densità
2,22 g / cm 3
Proprietà chimiche
Il carburo di calcio reagisce con l'acqua per formare acetilene HC≡CH e idrossido di calcio Ca (OH) 2 :
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
L'acetilene è infiammabile, quindi in presenza di umidità CaC 2 può essere infiammabile. Tuttavia, quando è asciutto non lo è.
Il carburo di calcio CaC 2 con acqua forma acetilene HC≡CH, un composto infiammabile. Kristina Kravets / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Fonte: Wikimedia Commons.
Il carburo di calcio reagisce con l'azoto N 2 per formare la calciocianammide CaCN 2 :
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
Ottenere
Il carburo di calcio viene prodotto industrialmente in un forno elettrico ad arco partendo da una miscela di carbonato di calcio (CaCO 3 ) e carbonio (C) che viene sottoposta ad una temperatura di 2000 ° C. La reazione è riassunta in questo modo:
CaCO 3 + 3 C → CaC 2 + CO ↑ + CO 2 ↑
O anche:
CaO + 3 C → CaC 2 + CO ↑
In un forno ad arco elettrico, viene prodotto un arco di elettricità tra due elettrodi di grafite, che resistono alle alte temperature che si formano. Si ottiene un carburo di calcio con una purezza dell'80-85%.
applicazioni
Nella produzione di acetilene
Industrialmente, la reazione del carburo di calcio con l'acqua viene utilizzata per produrre acetilene C 2 H 2 .
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
Questo è l'uso più importante del carburo di calcio. In alcuni paesi, l'acetilene è molto apprezzato, poiché consente la produzione di cloruro di polivinile, che è un tipo di plastica. Inoltre, l'acetilene viene utilizzato per la saldatura ad alte temperature.
Fiamma di acetilene HC≡CH per la saldatura di metalli ad altissime temperature. Autore: Shutterbug75. Fonte: Pixabay.
Nella riduzione delle emissioni di CO
I resti ottenuti dall'ottenimento di acetilene a partire da CaC 2 (detti anche "fanghi di carburo di calcio" o "residui di carburo di calcio") vengono utilizzati per ottenere clinker o calcestruzzo.
Il fango di carburo di calcio ha un alto contenuto di idrossido di calcio (Ca (OH) 2 ) (circa il 90%), un po 'di carbonato di calcio (CaCO 3 ) e ha un pH maggiore di 12.
I residui di carburo di calcio possono essere utilizzati nell'attività di costruzione per preparare il calcestruzzo, riducendo così la generazione di CO 2 in tale industria. Autore: Engin Akyurt. Fonte: Pixabay.
Per questi motivi può reagire con SiO 2 o Al 2 O 3, formando un prodotto simile a quello ottenuto dal processo di idratazione del cemento.
Una delle attività umane che produce la maggior parte delle emissioni di CO 2 è l'industria delle costruzioni. La CO 2 viene generata liberandosi dal carbonato di calcio durante la reazione per formare il calcestruzzo.
È stato riscontrato che l' uso di fanghi di carburo di calcio per sostituire il carbonato di calcio (CaCO 3 ) riduce le emissioni di CO 2 del 39%.
Nell'ottenere calciocianammide
Il carburo di calcio viene anche utilizzato industrialmente per ottenere la calciocianammide CaCN 2 .
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
Il calcio cianamide viene utilizzato come fertilizzante, perché con l'acqua del terreno diventa cianammide H2N = C = N, che fornisce azoto alle piante, nutriente essenziale per loro.
Nell'industria metallurgica
Il carburo di calcio viene utilizzato per rimuovere lo zolfo da leghe come il ferronichel. Il CaC 2 viene miscelato con la lega fusa a 1550 ° C. Lo zolfo (S) reagisce con il carburo di calcio e produce solfuro di calcio CaS e carbonio C:
CaC 2 + S → 2 C + CaS
La rimozione dello zolfo è favorita se la miscelazione è efficiente e il contenuto di carbonio nella lega è basso. Il solfuro di calcio CaS galleggia sulla superficie della lega fusa da dove viene decantato e scartato.
In vari usi
Il carburo di calcio è stato utilizzato per rimuovere lo zolfo dal ferro. Anche come combustibile nella produzione dell'acciaio e come potente disossidante.
È usato per maturare la frutta. L'acetilene è generato dal carburo di calcio con l'acqua, che induce la maturazione dei frutti, come le banane.
Le banane possono essere maturate utilizzando carburo di calcio CaC 2 . Autore: Alexas Fotos. Fonte: Pixabay.
Il carburo di calcio viene utilizzato nelle pistole fittizie per provocare il forte rumore di scoppio che le caratterizza. Anche qui viene utilizzata la formazione di acetilene, che esplode con una scintilla all'interno del dispositivo.
CaC 2 viene utilizzato per generare segnali in mare aperto in razzi navali autoinfiammabili.
Uso interrotto
CaC 2 è stato utilizzato nelle cosiddette lampade a carburo. Il funzionamento di questi consiste nel gocciolare acqua sul carburo di calcio per formare acetilene, che si accende e in questo modo fornisce luce.
Queste lampade sono state utilizzate nelle miniere di carbone, ma il loro uso è stato interrotto a causa della presenza di gas metano CH 4 in queste miniere. Questo gas è infiammabile e la fiamma della lampada a carburo può provocarne l'accensione o l'esplosione.
Lampada al carburo di calcio CaC 2 . SCEhardt / dominio pubblico. Fonte: Wikimedia Commons.
Erano ampiamente usati nelle miniere di ardesia, rame e stagno, e anche nelle prime automobili, motociclette e biciclette, come fari o fari.
Attualmente sono state sostituite da lampade elettriche o addirittura da lampade a LED. Tuttavia, sono ancora utilizzati in paesi come la Bolivia, nelle miniere d'argento di Potosí.
rischi
Il carburo di calcio secco CaC 2 non è infiammabile ma in presenza di umidità forma rapidamente acetilene, che è.
Per estinguere un incendio in presenza di CaC 2, non utilizzare mai acqua, schiuma, anidride carbonica o estintori alogeni. Utilizzare sabbia o idrossido di sodio o di calcio.
Riferimenti
- Ropp, RC (2013). Composti alcalino-terrosi del gruppo 14 (C, Si, Ge, Sn e Pb). Carburi di calcio. In Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Recupero da sciencedirect.com.
- Pohanish, RP (2017). C. Carburo di calcio. In Sittig's Handbook of Toxic and Hazardous Chemicals and cancerogens (settima edizione). Recupero da sciencedirect.com.
- Sun, H. et al. (2015). Proprietà dei residui di carburo di calcio combinati chimicamente e sua influenza sulle proprietà del cemento. Materiali 2015, 8, 638-651. Recupero da ncbi.nlm.nih.gov.
- Nie, Z. (2016). Eco-materiali e valutazione del ciclo di vita. Case Study: Analisi delle emissioni di CO 2 di clinker di fanghi di carburo di calcio. Nella produzione ecologica e sostenibile di materiali avanzati. Recupero da sciencedirect.com.
- Crundwell, FK Et al. (2011). Raffinazione del ferronichel fuso. Rimozione dello zolfo. Nella metallurgia estrattiva dei metalli del gruppo nichel, cobalto e platino. Recupero da sciencedirect.com.
- Tressler, RE (2001). Ceramica strutturale e termostrutturale. Carburi. In Encyclopedia of Materials Science and Technology. Recupero da sciencedirect.com.
- Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimica inorganica avanzata. Quarta edizione. John Wiley & Sons.