Карбид кальция
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК Ацетилид кальция | |
| Систематическое название ИЮПАК Этинедиид кальция | |
| Другие имена Перкарбид кальция Карбид кальция Дикарбид кальция | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.000.772 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| СаС 2 | |
| Молярная масса | 64,099 г/моль |
| Появление | Белый порошок или бесцветные кристаллы, серые/коричневые/черные кристаллы в случае загрязнения. |
| Плотность | 2,22 г/см 3 |
| Температура плавления | 2160 ° C (3920 ° F; 2430 К) |
| Точка кипения | 2300 ° C (4170 ° F; 2570 К) |
| Реакция с образованием ацетилена | |
| Структура [1] | |
| Тетрагональный (I фаза) Моноклиника (II фаза) Моноклиника (III фаза) | |
| I4/ммм (I фаза) C2/c (II фаза) С2/м (III фаза) | |
| 6 | |
| Термохимия | |
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 70 Джмоль −1 ·К −1 |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | −63 кДж·моль −1 |
| Опасности | |
| Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |
Основные опасности | Реагирует с водой с выделением ацетилена . газообразного [2] |
| СГС Маркировка : | |
  | |
| Опасность | |
| Н260 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| 305 ° C (581 ° F, 578 К) (ацетилен) | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Карбид кальция , также известный как кальция , представляет собой химическое соединение с химической формулой Ca ацетилид C 2 . Его основное применение в промышленности — производство ацетилена и цианамида кальция . [3]
Чистый материал бесцветен, а куски технического карбида кальция имеют серый или коричневый цвет 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 ), C ( углерод ) и др.). Карбид кальция технический при наличии следов влаги издает неприятный запах, напоминающий чеснок. [4]
Карбид кальция применяется в производстве газообразного ацетилена , производстве ацетилена в карбидных лампах , производстве химикатов для удобрений и производстве стали.
Производство
[ редактировать ]Карбид кальция производят в промышленных масштабах в электродуговой печи из смеси извести и кокса при температуре примерно 2200 °C (3990 °F). [5] Это эндотермическая реакция , требующая 110 килокалорий (460 кДж) на моль. [6] и высокие температуры для удаления угарного газа. Этот метод не изменился с момента его изобретения в 1892 году:
- СаО + 3 С → СаС 2 + СО
Высокая температура, необходимая для этой реакции, практически не достижима 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 кальция , который образует фосфин . при гидролизе [7]
Эта реакция была важной частью промышленной революции в химии и стала возможной в Соединенных Штатах в результате огромного количества недорогой гидроэлектроэнергии, произведенной на Ниагарском водопаде до начала 20-го века. [8] Электродуговой метод был открыт в 1892 Т. Л. Уилсоном и независимо в том же году Х. Муассаном . [9] [10] [11] В Яйце , Босния и Герцеговина , австрийский промышленник Йозеф Кранц и его компания «Bosnische-Elektrizitäts AG» , преемницей которой позже стала «Электро-Босна» , открыли в 1899 году крупнейший на тот момент в Европе химический завод по производству карбида кальция. была построена гидроэлектростанция Для снабжения завода электроэнергией на реке Плива установленной мощностью 8 МВт, первая электростанция такого типа в Юго-Восточной Европе, которая вступила в строй 24 марта 1899 года. [12]
Кристаллическая структура
[ редактировать ]Чистый карбид кальция представляет собой бесцветное твердое вещество. Обычная кристаллическая форма при комнатной температуре представляет собой искаженную структуру каменной соли с C 2 2− единицы, лежащие параллельно. [13] При комнатной температуре появляются три различных полиморфа : тетрагональная структура и две разные моноклинные структуры. [1]
Приложения
[ редактировать ]Производство ацетилена
[ редактировать ]Реакция карбида кальция с водой с образованием ацетилена и гидроксида кальция . [5] был открыт Фридрихом Вёлером в 1862 году.
Эта реакция легла в основу промышленного производства ацетилена и является основным промышленным применением карбида кальция.
Сегодня ацетилен в основном производится путем частичного сгорания метана или появляется как побочный продукт в потоке этилена при крекинге углеводородов. Ежегодно таким способом производится около 400 000 тонн (см. получение ацетилена ).
В Китае ацетилен, получаемый из карбида кальция, остается сырьем для химической промышленности , в частности для производства поливинилхлорида . Ацетилен местного производства более экономичен, чем использование импортной нефти. [14] Производство карбида кальция в Китае растет. В 2005 году объем производства составил 8,94 миллиона тонн при мощности производства 17 миллионов тонн. [15]
В США, Европе и Японии потребление карбида кальция в целом снижается. [16] Уровень производства в США в 1990-е годы составлял 236 000 тонн в год. [13]
Производство цианамида кальция
[ редактировать ]Карбид кальция реагирует с азотом при высокой температуре с образованием цианамида кальция : [5]
- СаС 2 + N 2 → CaCN 2 + С
Цианамид кальция, широко известный как нитролим , используется в качестве удобрения. Гидролизуется до цианамида H 2 NCN. [5]
Сталелитейное производство
[ редактировать ]Карбид кальция применяется:
- при десульфурации железа ( чушкового чугуна , чугуна и стали) [7]
- в качестве топлива в сталелитейном производстве, чтобы увеличить соотношение лома до жидкого чугуна, в зависимости от экономики.
- в качестве мощного раскислителя на ковшовых очистных сооружениях.
Карбидные лампы
[ редактировать ]
Карбид кальция используется в карбидных лампах . Вода, капающая на карбид, выделяет газообразный ацетилен, который горит и выделяет свет. Хотя эти лампы давали более ровный и яркий свет, чем свечи, они были опасны на угольных шахтах, где легковоспламеняющийся газ метан представлял собой серьезную опасность. Наличие горючих газов в угольных шахтах привело к появлению шахтерских ламп безопасности , таких как лампа Дэви , в которой проволочная сетка снижает риск возгорания метана. Карбидные лампы все еще широко использовались на сланцевых , медных и оловянных рудниках, где метан не представляет серьезной опасности. Большинство шахтерских ламп теперь заменено электрическими лампами .
Карбидные лампы до сих пор используются для добычи полезных ископаемых в некоторых менее богатых странах, например, на серебряных рудниках недалеко от Потоси , Боливия . Карбидные лампы до сих пор используются некоторыми спелеологами, исследующими пещеры и другие подземные области. [17] хотя при этом их все чаще заменяют светодиодными фонарями.
Карбидные лампы также широко использовались в качестве фар в первых автомобилях, мотоциклах и велосипедах, но были полностью заменены электрическими лампами. [18]
Другое использование
[ редактировать ]Карбид кальция иногда используется в качестве источника ацетилена, который, как и газообразный этилен , является агентом созревания . [19] Однако в некоторых странах это незаконно, поскольку при производстве ацетилена из карбида кальция загрязнение часто приводит к следовому образованию фосфина и арсина . [20] [21] Эти примеси можно удалить, пропуская газообразный ацетилен 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 используют перед Новым годом для стрельбы по маслобойкам. [22]
Карбид кальция вместе с фосфидом кальция используется в плавучих самовоспламеняющихся морских сигнальных ракетах , например, производимых Ассоциацией защиты морской жизни Холмса .
Карбид кальция используется для определения влажности почвы. Когда почва и карбид кальция смешиваются в закрытом цилиндре под давлением, содержащаяся в почве вода вступает в реакцию с карбидом кальция с выделением ацетилена, давление которого можно измерить для определения содержания влаги. [23] [24]
Карбид кальция продается в коммерческих целях как средство от кротов . [25] При контакте с водой выделяющийся газ отгоняет кротов. [26]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Углы, Саммит; Нилен, Йоханна; Свенссон, Гуннар; Бернин, Диана; Иден, Матиас; Рушевиц, Уве; Хойссерманн, Ульрих (2016). «Множество фаз CaC2» . Журнал химии твердого тела . 239 . Эльзевир Б.В.: 204–213. Бибкод : 2016JSSCh.239..204K . дои : 10.1016/j.jssc.2016.04.030 . ISSN 0022-4596 .
- ^ Информация о рейтинге опасности NFPA для обычных химических веществ . Северо-Восточный университет
- ^ Патнаик, Прадьот (2003). Справочник неорганических химических соединений . МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-049439-8 .
- ^ Винколи, Джеффри Уэйн (25 ноября 1996 г.). Управление рисками в отношении опасных химических веществ . ЦРК Пресс. п. 429. ИСБН 978-1-56670-200-3 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 298. ИСБН 978-0-08-037941-8 .
- ^ Рассчитано на основе данных Справочника CRC по химии и физике .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Карбид кальция [ постоянная мертвая ссылка ] , Бернхард Лангхаммер, Энциклопедия промышленной химии Ульмана, Wiley Interscience. (Требуется подписка)
- ^ Фриман, Гораций (1919). «Производство Цианамида» . «Химические новости» и «Журнал физической науки» . 117 : 232.
- ^ Морхед, Дж. Т. и де Шалмо, Г. (1896). «Производство карбида кальция» . Журнал Американского химического общества . 18 (4): 311–331. дои : 10.1021/ja02090a001 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Муассан, Х. (1892). «Минеральная химия. Описание новой электропечи» . Еженедельные отчеты о сессиях Академии наук . 115 :1031.
- ^ Ренуф, Эдвард (1899). «Применение ацетилена» . Ежемесячник популярной науки : 335–347.
- ^ «Строительство первой гидроэлектростанции на Балканах — Комиссия по сохранению национальных памятников» . old.kons.gov.ba (на сербско-хорватском языке). МИНУСЫ . Проверено 15 марта 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
- ^ Дун, Я (23 января 2006 г.). «Проблемы в индустрии ПВХ» . Гонконгский совет по развитию торговли. Архивировано из оригинала 28 декабря 2007 г.
{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ «Правительство принимает меры по сдерживанию развития сектора карбида кальция» . China Daily через BusyTrade.com. 16 мая 2007 г. Архивировано из оригинала 11 февраля 2007 г.
{{cite news}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ Лаксон, Джейми; Шлаг, Стефан; Токи, Горо (декабрь 2004 г.). «Карбид кальция» . НИИ Консалтинг.
- ^ «Спелеологическое оборудование и культура (из Энциклопедии Те Ара Новой Зеландии)» .
- ^ Клеммер, Грегг (1987). Карбидные лампы американских горняков: Путеводитель для коллекционеров по американскому карбидному шахтному освещению . Западноведческие публикации.
- ^ Абелес, Ф.Б. и Гахаган, HE III (1968). «Абсцесс: роль этилена, аналогов этилена, углекислого газа и кислорода» . Физиол растений. 43 (8): 1255–1258. дои : 10.1104/стр.43.8.1255 . ПМК 1087003 . ПМИД 16656908 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Сделайте ставку: ваше манго созревает с использованием карбида» . ДНК . 18 мая 2013 г. Проверено 25 августа 2018 г.
- ^ «Употребление в пищу искусственно созревших фруктов вредно» .
- ^ «Стрельба из карбида становится вечеринкой» (на голландском языке). Альгемин Дагблад . 24 декабря 2016 г.
- ^ Сингх, Рандхир (17 декабря 2008 г.). «Определение содержания воды в почве – метод карбида кальция» . Портал гражданского строительства . Проверено 7 сентября 2020 г.
- ^ АСТМ Интернешнл. «ASTM D4944-18, Стандартный метод испытаний для определения содержания воды (влажности) в почве в полевых условиях с помощью измерителя давления газа на основе карбида кальция» . АСТМ Интернешнл . Проверено 7 сентября 2020 г.
- ^ дю Буа, TME (20 февраля 2014 г.). «Кротовый хаос» . п. 21. HDL : 1874/290102 . Архивировано из оригинала 25 марта 2022 года . Проверено 15 января 2021 г.
- ^ «Как избавиться от дворовых кротов с помощью карбида» . mysunnylawn.com .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Карбид кальция и ацетилен в периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
- Производство карбида кальция
- Паспорт безопасности материала 2008 г.