Karbid vápníku - Calcium carbide

Karbid vápníku
Vzorec karbidu vápníku.png
Karbid vápenatý.JPG
Kristallstruktur bariumperoxid.png
Jména
Preferovaný název IUPAC
Acetylid vápenatý
Systematický název IUPAC
Ethyldiid vápenatý
Ostatní jména
Perkarbid vápenatý
Karbid vápníku
Hydrogenuhličitan vápenatý
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChemSpider
Informační karta ECHA100.000.772 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 200-848-3
UNII
Vlastnosti
CaC2
Molární hmotnost64.099 g / mol
VzhledBílý prášek až šedé / černé krystaly
Hustota2.22 g / cm3
Bod tání 2160 ° C (2430 K)
Bod varu 2300 ° C (4170 ° F; 2570 K)
Rychlá hydrolýza
Struktura
Čtyřúhelníkový [1]
D174h, I4 / mmm, ti6
6
Termochemie
70 J · mol−1· K.−1
−63 kJ · mol−1
Nebezpečí
Hlavní nebezpečíPři uvolňování reaguje s vodou acetylén plyn[2]
Piktogramy GHSGHS02: HořlavýGHS05: Žíravý
Signální slovo GHSNebezpečí
H260
NFPA 704 (ohnivý diamant)
305 ° C (581 ° F; 578 K) (acetylen)
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
šekY ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Karbid vápníku, také známý jako acetylid vápenatý, je chemická sloučenina s chemický vzorec z Ca.C2. Jeho průmyslové využití je hlavně ve výrobě acetylén a kyanamid vápenatý.[3]

Čistý materiál je bezbarvý, nicméně kousky technický stupeň karbid vápníku je šedý nebo hnědý a skládá se z přibližně 80–85% CaC2 (zbytek je CaO (oxid vápenatý ), Ca3P2 (fosfid vápenatý ), CaS (sulfid vápenatý ), Ca3N2 (nitrid vápenatý ), SiC (karbid křemíku ), atd.). V přítomnosti stopové vlhkosti vyzařuje technický karbid vápníku nepříjemný zápach připomínající česnek.[4]

Mezi aplikace karbidu vápníku patří výroba acetylén plyn a pro výrobu acetylenu v karbidové výbojky; výroba chemikálií pro hnojiva; a při výrobě oceli.

Výroba

Karbid vápníku se průmyslově vyrábí v elektrická oblouková pec ze směsi Limetka a Kola při přibližně 2200 ° C (3990 ° F).[5] Tohle je endotermická reakce vyžadující 110 kcal (460 kJ) na mol[6] a vysoké teploty k odvádění oxidu uhelnatého. Tato metoda se od svého vynálezu v roce 1892 nezměnila:

CaO + 3 C → CaC2 + CO

Vysoká teplota potřebná pro tuto reakci není prakticky dosažitelná tradičním spalováním, takže reakce se provádí v elektrické obloukové peci s grafit elektrody. Vyrobený karbidový produkt obecně obsahuje přibližně 80% hmotnostních karbidu vápníku. Karbid se drtí, aby se vytvořily malé hrudky, které se mohou pohybovat od několika mm do 50 mm. Nečistoty se koncentrují v jemnějších frakcích. CaC2 obsah produktu se stanoví měřením množství acetylenu produkovaného hydrolýzou. Jako příklad lze uvést britské a německé normy pro obsah hrubších frakcí 295 l / kg, respektive 300 l / kg (při tlaku 101 kPa a teplotě 20 ° C (68 ° F)). Mezi nečistoty přítomné v karbidu patří fosfid, který produkuje fosfin při hydrolyzování.[7]

Tato reakce byla důležitou součástí Průmyslová revoluce v chemii a bylo to možné ve Spojených státech v důsledku velkého množství levných vodní energie vyrobeno v Niagarské vodopády před přelomem 20. století.[8]

Způsob výroby v elektrická oblouková pec byl objeven v roce 1892 uživatelem T. L. Willson a nezávisle na H. Moissan ve stejném roce.[9][10][11] v Bosna a Hercegovina město Jajce Rakouský průmyslník Dr. Josef Kranz a jeho „Bosnische-Elektrizitäts AG“ společnost, jejíž nástupcem se později stal "Elektro-Bosna", otevřela v roce 1899 největší chemickou továrnu na výrobu karbidu vápníku v té době v Evropě. Hydroelektrický elektrárna na Pliva byla postavena řeka s instalovaným výkonem 8 MW pro dodávku elektřiny pro továrnu. Byla to vůbec první elektrárna svého druhu v jihovýchodní Evropě, která byla uvedena do provozu 24. března 1899.[12]

Krystalická struktura

Čistý karbid vápníku je bezbarvá pevná látka. Běžná krystalická forma při pokojové teplotě je zkreslená struktura kamenné soli s C.22− jednotky ležící rovnoběžně.[13]

Aplikace

Výroba acetylenu

Reakce karbidu vápníku s vodou za vzniku acetylenu a hydroxid vápenatý,[5] byl objeven uživatelem Friedrich Wöhler v roce 1862.

CaC2(s ) + 2 hodiny2Ó(vod ) → C2H2(G ) + Ca (OH)2(aq)

Tato reakce byla základem průmyslové výroby acetylén, a je hlavním průmyslovým využitím karbidu vápníku.

Acetylen se dnes vyrábí hlavně částečným spalováním methanu nebo se jeví jako vedlejší produkt v proudu ethylenu z krakování uhlovodíků. Tímto způsobem se ročně vyrobí přibližně 400 000 tun (viz Příprava acetylenu ).

V Číně zůstává acetylen odvozený od karbidu vápníku surovinou pro chemický průmysl, zejména pro výrobu polyvinyl chlorid. Místní produkce acetylenu je ekonomičtější než používání dovážené ropy.[14] Produkce karbidu vápníku v Číně roste. V roce 2005 činila produkce 8,94 milionu tun s kapacitou výroby 17 milionů tun.[15]

Ve Spojených státech, Evropě a Japonsku spotřeba karbidu vápníku obecně klesá.[16] Úroveň produkce v USA během 90. let byla 236 000 tun ročně.[13]

Výroba kyanamidu vápenatého

Karbid vápníku reaguje s dusíkem při vysoké teplotě za vzniku kyanamid vápenatý:[5]

CaC2 + N2 → CaCN2 + C.

Běžně známý jako nitrolime, jako hnojivo se používá kyanamid vápenatý. Hydrolyzuje se na kyanamid, H2NCN.[5]

Výroba oceli

Karbid vápníku se používá:

Karbidové výbojky

Hlavní článek: Karbidová lampa
Svítící karbidová lampa

Karbid vápníku se používá v karbidové výbojky. Voda kapající na karbid produkuje plynný acetylen, který hoří a produkuje světlo. I když tyto lampy poskytovaly stabilnější a jasnější světlo než svíčky, byly nebezpečné uhlí doly, kde jsou hořlavé metan plyn z nich udělal vážné nebezpečí. Přítomnost hořlavých plynů v uhelných dolech vedla k těžbě bezpečnostní lampy tak jako Davy lampa, ve kterém drátěná gáza snižuje riziko vznícení metanu. Karbidové lampy byly stále hojně používány v břidlice, měď, a cín doly, kde metan nepředstavuje vážné nebezpečí. Většina lamp pro horníky byla nyní nahrazena elektrickými lampy.

Karbidové lampy se stále používají k těžbě v některých méně bohatých zemích, například v EU stříbrný doly poblíž Potosí, Bolívie. Někteří stále používají karbidové lampy jeskynní lidé průzkum jeskyní a dalších podzemních oblastí,[17] i když jsou při tomto použití stále častěji nahrazovány VEDENÝ světla.

Karbidové lampy byly také hojně používány jako světlomety v časných automobilech, motocyklech a jízdních kolech, ale byly zcela nahrazeny elektrickými lampami.[18]

Jiná použití

Karbid vápníku se někdy používá jako zdroj plynného acetylenu, což je a dozrávání podobný ethylen.[19] To je však v některých zemích nezákonné, protože při výrobě acetylenu z karbidu vápníku kontaminace často vede ke stopové produkci fosfin a arsine.[20][21] Tyto nečistoty lze odstranit průchodem okyseleného plynného acetylenu síran měďnatý řešení, ale v rozvojových zemích je toto opatření často opomíjeno.

Karbid vápníku se používá v hračkářských kanónech, jako je Dělo velkého třesku, stejně jako v bambusová děla. V Nizozemsku se karbid vápníku používá kolem nového roku ke střelbě mléčné konve.[22]

Karbid vápníku spolu s fosfid vápenatý, se používá v plovoucím, samozápalném námořnictvu signální světlice, jako jsou ty, které vyrábí Holmesovo sdružení na ochranu mořského života.

Karbid vápníku se používá ke stanovení obsahu vlhkosti v půdě. Když jsou půda a karbid vápníku smíchány v uzavřeném tlakovém válci, reaguje obsah vody v půdě s karbidem vápníku za uvolnění acetylenu, jehož tlak lze měřit za účelem stanovení obsahu vlhkosti.[23][24]

Reference

  1. ^ Massalimov, I. A .; Kireeva, M. S .; Sangalov, Yu. A. (2002). "Struktura a vlastnosti mechanicky aktivovaného peroxidu barnatého". Anorganické materiály. 38 (4): 363. doi:10.1023 / A: 1015105922260. S2CID  91881752.
  2. ^ Informace o hodnocení nebezpečnosti NFPA pro běžné chemikálie. Severovýchodní univerzita
  3. ^ Patnaik, Pradyot (2003). Příručka anorganických chemických sloučenin. McGraw-Hill. ISBN  0-07-049439-8.
  4. ^ Vincoli, Jeffrey Wayne (25. listopadu 1996). Řízení rizik pro nebezpečné chemikálie. CRC Press. str. 429. ISBN  978-1-56670-200-3.
  5. ^ A b C d Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemie prvků (2. vyd.). Butterworth-Heinemann. str. 298. ISBN  978-0-08-037941-8.
  6. ^ Vypočítáno z údajů v CRC Handbook of Chemistry and Physics.
  7. ^ A b Karbid vápníku, Bernhard Langhammer, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley Interscience. (Vyžaduje se předplatné)
  8. ^ Freeman, Horace (1919). „Výroba kyanamidu“. Chemical News a Journal of Physical Science. 117: 232.
  9. ^ Morehead, J. T. a de Chalmot, G. (1896). „Výroba karbidu vápníku“. Journal of the American Chemical Society. 18 (4): 311–331. doi:10.1021 / ja02090a001.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  10. ^ Moissan, H. (1892). „Chimie Minérale - Description d'un nouveau four électrique“. Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences. 115: 1031.
  11. ^ Renouf, Edward (1899). „Použití acetylenu“. Populární věda měsíčně: 335–347.
  12. ^ „Zgrada Prve hidrocentrale na Balkanu - Komisija za očuvanje nacionalnih spomenika“. old.kons.gov.ba (v srbochorvatštině). KONS. Citováno 15. března 2019.
  13. ^ A b Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemie prvků (2. vyd.). Butterworth-Heinemann. ISBN  978-0-08-037941-8.
  14. ^ Dun, Ya (2006-01-23). „Problémy v PVC průmyslu“. Rada pro rozvoj obchodu v Hongkongu. Archivovány od originálu dne 2007-12-28.CS1 maint: BOT: stav původní adresy URL neznámý (odkaz)
  15. ^ „Vláda přijímá opatření k omezení rozvoje sektoru karbidů vápníku“. Čína denně přes BusyTrade.com. 16. 05. 2007. Archivovány od originálu dne 2007-02-11.CS1 maint: BOT: stav původní adresy URL neznámý (odkaz)
  16. ^ Lacson, Jamie; Schlag, Stefan; Toki, Goro (prosinec 2004). "Karbid vápníku". Poradenství SRI.
  17. ^ „Jeskynní zařízení a kultura (z encyklopedie Te Ara Nového Zélandu)“.
  18. ^ Clemmer, Gregg (1987). Karbidové lampy amerických horníků: Sběratelský průvodce osvětlením dolů z amerických karbidů. Publikace Westernlore.
  19. ^ Abeles, F. B. a Gahagan, H. E. III (1968). „Abscise: Role ethylenu, analogů ethylenu, oxidu uhličitého a kyslíku“. Plant Physiol. 43 (8): 1255–1258. doi:10.1104 / str. 43.8.1255. PMC  1087003. PMID  16656908.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  20. ^ „Sázejte na to. Vaše mango dozrálo pomocí karbidu“. dna. 2013-05-18. Citováno 2018-08-25.
  21. ^ „Jíst uměle zralé ovoce je škodlivé“.
  22. ^ „Carbidschieten wordt feest“ (v holandštině). Algemeen Dagblad. 2016-12-24.
  23. ^ Singh, Randhir. „Stanovení obsahu vody v půdě - metoda karbidu vápníku“. Portál stavebnictví. Citováno 7. září 2020.
  24. ^ ASTM International. „ASTM D4944-18, Standardní zkušební metoda pro polní stanovení obsahu vody (vlhkosti) v půdě tlakovým testerem na plynný karbid vápníku“. ASTM International. Citováno 7. září 2020.

externí odkazy