Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Карбид кальция
Карбид кальция formula.png
Karbid vápenatý.JPG
Имена
Предпочтительное название IUPAC
Ацетилид кальция
Систематическое название ИЮПАК
Этиндиид кальция
Другие имена
Перкарбид
кальция Карбид
кальция Дикарбид кальция
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.000.772 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 200-848-3
UNII
  • InChI = 1S / C2.Ca / c1-2; / q-2; +2 проверитьY
    Ключ: UIXRSLJINYRGFQ-UHFFFAOYSA-N проверитьY
  • InChI = 1 / C2.Ca / c1-2; / q-2; +2
    Ключ: UIXRSLJINYRGFQ-UHFFFAOYAI
  • [Ca + 2]. [C -] # [C-]
Характеристики
CaC 2
Молярная масса64,099  г / моль
ВнешностьОт белого порошка до серых / черных кристаллов
Плотность2,22  г / см 3
Температура плавления 2160 ° С (3920 ° F, 2430 К)
Точка кипения 2300 ° С (4170 ° F, 2570 К)
Быстрый гидролиз
Структура
Моноклинический, [1] Тетрагональный [2] [ неудачная проверка ]
D 17 4h , I4 / ммм, tI6
6
Термохимия
70  Дж · моль −1 · K −1
−63  кДж · моль −1
Опасности
Основные опасностиРеагирует с водой с выделением газообразного ацетилена [3]
Пиктограммы GHSGHS02: ЛегковоспламеняющийсяGHS05: Коррозийный
Сигнальное слово GHSОпасность
H260
NFPA 704 (огненный алмаз)
1
4
2
W
самовоспламенения температуру
 305 ° С (581 ° F, 578 К) (ацетилен)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Карбид кальция , также известный как ацетилид кальция , является химическим соединением с химической формулой из Ca C 2 . Его основное промышленное применение - производство ацетилена и цианамида кальция . [4]

Чистый материал бесцветен, однако частицы технического карбида кальция серого или коричневого цвета и состоят примерно на 80–85% из CaC 2 (остальное - CaO ( оксид кальция ), Ca 3 P 2 ( фосфид кальция ), CaS ( сульфид кальция ), Ca 3 N 2 ( нитрид кальция ), SiC ( карбид кремния ) и др.). При наличии следов влаги технический карбид кальция издает неприятный запах, напоминающий запах чеснока. [5]

Применение карбида кальция включает производство газообразного ацетилена и производство ацетилена в карбидных лампах ; производство химикатов для удобрений; и в сталеплавильном производстве.

Производство [ править ]

Карбид кальция производится промышленным способом в электродуговой печи из смеси извести и кокса при температуре около 2200 ° C (3990 ° F). [6] Это эндотермическая реакция, требующая 110 килокалорий (460 кДж) на моль [7] и высоких температур для удаления монооксида углерода. Этот метод не изменился с момента его изобретения в 1892 году:

CaO + 3 C → CaC 2 + CO

Высокая температура, необходимая для этой реакции, практически недостижима при традиционном сжигании, поэтому реакцию проводят в электродуговой печи с графитовыми электродами. Полученный карбидный продукт обычно содержит около 80% карбида кальция по весу. Карбид измельчается с образованием небольших комков размером от нескольких до 50 мм. Примеси концентрируются в более мелких фракциях. Содержание CaC 2 в продукте определяют путем измерения количества ацетилена, образующегося при гидролизе. Например, британские и немецкие стандарты содержания более крупных фракций составляют 295 л / кг и 300 л / кг соответственно (при давлении 101 кПа и температуре 20 ° C (68 ° F)). Примеси, присутствующие в карбиде, включают фосфид, который производит фосфин.при гидролизе. [8]

Эта реакция была важной частью промышленной революции в химии и стала возможной в Соединенных Штатах в результате огромного количества недорогой гидроэлектроэнергии, производимой на Ниагарском водопаде до начала 20-го века. [9]

Метод производства в электродуговой печи был открыт в 1892 году Т.Л. Уилсоном и независимо от него Х. Муассаном в том же году. [10] [11] [12] В Боснии и Герцеговине, в городе Яйце, австрийский промышленник доктор Йозеф Кранц и его компания «Bosnische-Elektrizitäts AG» , преемником которой позже стала «Электро-Босна» , открыли крупнейший химический завод по производству карбида кальция в то время в Европе в 1899 году. Гидроэлектростанция на Пливедля электроснабжения завода построена река с установленной мощностью 8 МВт. Это была первая в своем роде электростанция в Юго-Восточной Европе, которая была введена в эксплуатацию 24 марта 1899 года [13].

Кристаллическая структура [ править ]

Чистый карбид кальция - бесцветное твердое вещество. Обычной кристаллической формой при комнатной температуре является искаженная структура каменной соли с параллельными элементами C 2 2– . [14]

Приложения [ править ]

Производство ацетилена [ править ]

Реакция карбида кальция с водой, производя ацетилен и гидроксидом кальция , [6] была обнаружена Фридрихом Вёлером в 1862 году.

СаС 2 ( с ) + 2Н 2 O ( водно ) → С 2 Н 2 ( г ) + Са (ОН) 2 (водно)

Эта реакция легла в основу промышленного производства ацетилена и является основным промышленным применением карбида кальция.

Сегодня ацетилен в основном производится путем частичного сжигания метана или появляется как побочный продукт в потоке этилена при крекинге углеводородов. Таким образом ежегодно производится около 400 000 тонн (см. « Получение ацетилена» ).

В Китае ацетилен, полученный из карбида кальция, остается сырьем для химической промышленности , в частности для производства поливинилхлорида . Ацетилен местного производства более экономичен, чем использование импортного масла. [15] Производство карбида кальция в Китае увеличивается. В 2005 году добыча составила 8,94 миллиона тонн при мощности производства 17 миллионов тонн. [16]

В США, Европе и Японии потребление карбида кальция в целом снижается. [17] Уровень производства в США в 1990-е годы составлял 236 000 тонн в год. [14]

Производство цианамида кальция [ править ]

Карбид кальция реагирует с азотом при высокой температуре с образованием цианамида кальция : [6]

CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C

Цианамид кальция, широко известный как нитролим , используется в качестве удобрения. Гидролизуется до цианамида H 2 NCN. [6]

Производство стали [ править ]

Карбид кальция используется:

  • при обессеривании чугуна ( чугун , чугун и сталь) [8]
  • в качестве топлива в сталеплавильном производстве для увеличения доли брака в жидком чугуне, в зависимости от экономических соображений.
  • как мощный раскислитель на ковшовых очистных сооружениях.

Карбидные лампы [ править ]

Основная статья: Карбидная лампа
Горит карбидная лампа

Карбид кальция используется в карбидных лампах . При попадании капель воды на карбид образуется газ ацетилен, который горит и дает свет. Хотя эти лампы давали более устойчивый и яркий свет, чем свечи, они были опасны в угольных шахтах, где горючий газ метан представлял серьезную опасность. Наличие горючих газов в угольных шахтах привело к появлению ламп безопасности шахтеров, таких как лампа Дэви , в которой проволочная сетка снижает риск воспламенения метана. Карбидные лампы по-прежнему широко использовались на сланцевых , медных и оловянных рудниках, где метан не представлял серьезной опасности. Большинство шахтерских ламп теперь заменено электрическими лампами .

Карбидные лампы все еще используются для добычи полезных ископаемых в некоторых менее богатых странах, например, на серебряных рудниках недалеко от Потоси , Боливия . Карбидные лампы все еще используются некоторыми спелеологами, исследующими пещеры и другие подземные области [18], хотя их все чаще заменяют светодиодными .

Карбидные лампы также широко использовались в качестве фар в ранних автомобилях, мотоциклах и велосипедах, но были полностью заменены электрическими лампами. [19]

Другое использование [ править ]

Карбид кальция иногда используется в качестве источника газообразного ацетилена, который является созревающим агентом, подобным этилену . [20] Однако в некоторых странах это незаконно, поскольку при производстве ацетилена из карбида кальция загрязнение часто приводит к образованию следов фосфина и арсина . [21] [22] Эти примеси можно удалить, пропустив ацетиленовый газ через подкисленный раствор сульфата меди , но в развивающихся странах этой мерой предосторожности часто пренебрегают.

Карбид кальция используется в игрушечных пушках, таких как Big-Bang Cannon , а также в бамбуковых пушках . В Нидерландах карбид кальция используется в преддверии Нового года для стрельбы из бидонов . [23]

Карбид кальция вместе с фосфидом кальция используется в плавающих самовоспламеняющихся морских сигнальных ракетах , таких как те, которые производятся Ассоциацией защиты морской флоры и фауны Холмса .

Карбид кальция используется для определения влажности почвы. Когда почва и карбид кальция смешиваются в закрытом цилиндре под давлением, содержащаяся в почве вода реагирует с карбидом кальция с выделением ацетилена, давление которого можно измерить для определения содержания влаги. [24] [25]

Карбид кальция продается в коммерческих целях как средство от кротов . [26] При контакте с водой добываемый газ отгоняет кротов. [27]

Ссылки [ править ]

  1. ^ https://materialsproject.org/materials/mp-1575/
  2. ^ Массалимов, ИА; Киреева, М.С.; Сангалов, Ю. А. (2002). «Структура и свойства механоактивированного пероксида бария». Неорганические материалы . 38 (4): 363. DOI : 10,1023 / A: 1015105922260 . S2CID  91881752 .
  3. ^ Информация о рейтинге опасности NFPA для обычных химических веществ . Северо-Восточный университет
  4. ^ Patnaik, Pradyot (2003). Справочник неорганических химических соединений . Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-049439-8.
  5. ↑ Винколи, Джеффри Уэйн (25 ноября 1996 г.). Управление рисками для опасных химических веществ . CRC Press. п. 429. ISBN. 978-1-56670-200-3.
  6. ^ а б в г Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 298. ISBN 978-0-08-037941-8.
  7. ^ Рассчитано на основе данных CRC Handbook of Chemistry and Physics .
  8. ^ a b Карбид кальция , Бернхард Лангхаммер, Энциклопедия промышленной химии Ульмана, Wiley Interscience. (Требуется подписка)
  9. ^ Фриман, Гораций (1919). «Производство цианамида» . Химические новости и журнал физических наук . 117 : 232.
  10. ^ Морхед, JT и де Chalmot, G. (1896). «Производство карбида кальция» . Журнал Американского химического общества . 18 (4): 311–331. DOI : 10.1021 / ja02090a001 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  11. ^ Муассан, Х. (1892). "Chimie Minérale - Description d'un nouveau four électrique" . Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences . 115 : 1031.
  12. ^ Ренуф, Эдвард (1899). «Использование ацетилена» . Ежемесячный научно-популярный журнал : 335–347.
  13. ^ "Zgrada Prve hidrocentrale na Balkanu - Komisija za očuvanje nacionalnih spomenika" . old.kons.gov.ba (на сербохорватском). КОНС . Проверено 15 марта 2019 .
  14. ^ a b Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  15. ↑ Дун, Я (23 января 2006 г.). «Неприятности в индустрии ПВХ» . Совет по развитию торговли Гонконга. Архивировано 28 декабря 2007 года.CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)
  16. ^ «Правительство принимает меры по сдерживанию развития сектора карбида кальция» . China Daily через BusyTrade.com. 2007-05-16. Архивировано 11 февраля 2007 года.CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)
  17. ^ Лаксон, Джейми; Шлаг, Стефан; Токи, Горо (декабрь 2004 г.). «Карбид кальция» . НИИ Консалтинг.
  18. ^ «Спелеологическое оборудование и культура (из Энциклопедии Те Ара Новой Зеландии)» .
  19. ^ Клеммер, Грегг (1987). Карбидные лампы американских горняков: Руководство для коллекционеров по освещению американских карбидных рудников . Публикации Westernlore.
  20. ^ Абелес, FB и Gahagan, HE III (1968). «Поглощение: роль этилена, аналогов этилена, двуокиси углерода и кислорода» . Plant Physiol. 43 (8): 1255–1258. DOI : 10.1104 / pp.43.8.1255 . PMC 1087003 . PMID 16656908 .   CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  21. ^ "Ставка на это. Ваше манго созревает с использованием карбида" . ДНК . 2013-05-18 . Проверено 25 августа 2018 .
  22. ^ «Употребление искусственно созревших фруктов вредно» .
  23. ^ "Carbidschieten wordt feest" (на голландском). Algemeen Dagblad . 2016-12-24.
  24. ^ Сингх, Рандхир. «Определение содержания воды в почве - метод карбида кальция» . Портал гражданского строительства . Проверено 7 сентября 2020 .
  25. ^ ASTM International. «ASTM D4944-18, Стандартный метод испытаний для определения содержания воды (влаги) в почве в полевых условиях с помощью измерителя давления газа карбида кальция» . ASTM International . Проверено 7 сентября 2020 .
  26. ^ дю Буа, TME "Molehill Mayhem" . п. 21.
  27. ^ «Как избавиться от дворовых кротов с помощью карбида» . mysunnylawn.com .

Внешние ссылки [ править ]

  • Карбид кальция и ацетилен в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
  • Производство карбида кальция
  • Паспорт безопасности материала на 2008 год