Karbid vápníku: vlastnosti a aplikace. Získání acetylenu

Karbidy představují skupinu anorganických sloučenin uhlíku s kovy, stejně jako s křemíkem nebo borem (protože tyto prvky vykazují kovové vlastnosti). Karbid vápníku je jednou z nejžádanějších látek této skupiny. Informace o vlastnostech a použití sloučeniny naleznete níže.

Příjem historie

Karbid vápníku je sloučenina široce používaná v moderním průmyslu. V roce 1862 německý chemik Friedrich Weler nejprve syntetizoval molekulu této látky. Získání karbidu vápníku prováděl následujícím způsobem. Vědec připravil talíř vápníku se zinkem a poté ho zahříval uhlím. Výsledkem je karbid. Chemický vzorec sloučeniny je CaC2. Průmyslová metoda výroby karbidu navrhla vědec Moissan v roce 1892. Dalšími názvy látky jsou acetylid vápenatý nebo uhličitan vápenatý. Krystalová mřížka sloučeniny je následující:

Fyzikální vlastnosti

Podle jeho fyzikálních vlastností je karbid vápníku krystalická látka s teplotou tání 2300 ^° C. Tato hodnota platí pouze pro čisté sloučeniny. Nečistoty obsahující karbid mohou mít jiné teploty tání. Hlavní agregační stav hmoty je pevný a barva se mění od šedé na hnědé.

Chemické vlastnosti

Karbid vápníku dobře absorbuje vodu. Tento proces je doprovázen reakcí chemického rozkladu. Je důležité, aby karbidový prach působil dráždivě na sliznice, pokožku a respirační orgány. Při práci se sloučeninou je proto nutné použít plynové masky nebo respirátory proti prachu. Karbid vápníku interaguje s kyslíkem při vysoké teplotě, aby se vytvořil uhličitan vápenatý. Reakce s dusíkem vede k syntéze kyanamidu vápenatého. Také při vysokých teplotách karbid vápníku reaguje s chlórem, fosforem, arsenem. Jedním z nejdůležitějších vlastností sloučeniny je však rozklad vodou.

Získání

Výroba karbidu vápníku je následující. Nehasené vápno a předem drcený koks jsou smíchány. Výsledná směs se roztaví v elektrických pecích. Koks a oxid vápenatý se odebírají v stejných hmotnostních částech. Proces probíhá při teplotě 1900 ^° C. Tavenina opouští pec a následně se nalije do zvláštních forem. Poté je již tvrzený karbid vápníku rozdrcen a tříděn podle velikosti kusů. Granule látky jsou rozděleny do čtyř frakcí podle jejich velikostí: 25 × 80, 15 × 25, 8 × 15, 2 × 8, které jsou definovány v GOST 1460-56. Složením obsahuje technický karbid vápníku 75-80% hlavní látky. Podíl nečistot, jako je uhlík, vápno a další, představuje až 25% celkové hmotnosti směsi. Kromě toho sulfid a fosfor vápenatý obsažené v technickém karbidu způsobují jeho spíše nepříjemný zápach. Představte si reakci získání CaC ₂ : CaO + 3C → CaC ₂ + CO ↑. Tvorba acetylidu vápníku je doprovázena absorpcí tepla. Proto je logické předpokládat, že reakce jeho rozkladu naopak spočívá v uvolnění energie.

Doprava a skladování

Vzhledem k tomu, že vlhkost okamžitě rozkládá karbid s uvolněním velkého množství tepla a tvorbou výbušného acetylenového plynu, musí být látka skladována v hermeticky uzavřených bubnech nebo plechovkách. Je třeba mít na paměti, že acetylen je lehčí než vzduch a může se hromadit v horních oblastech místnosti. Tento plyn, kromě narkotického účinku, má schopnost se samovolně vznítit. Proto je nutné velmi opatrně používat karbid vápníku. Balení ve výrobě je věnována zvláštní pozornost. Hotová látka je umístěna ve speciálních bubnech (nádoba připomínající plechovky). Takové balení vyžaduje pečlivé otevírání. Musí být použit nástroj, který nevede k vzniku jisker (kladivo nebo speciální nůž). V případě karbidu na kůži nebo sliznicích musíte okamžitě umýt postiženou oblast vodou a ošetřit místo vazelínou nebo tukovým krémem. Přeprava spojů je prováděna pouze za předpokladu, že jsou pokryty druhy dopravy. Dodání vzduchem z karbidu je zakázáno. Prostory, kde je skladován CaC _2, by měly být dobře větrané. Rovněž není povoleno ukládat karbid společně s jinými chemikáliemi. To může vést k nežádoucím a možná nebezpečným reakcím. Doba použitelnosti karbidu je šest měsíců.

Aplikace

Rozsah karbidu vápníku je extrémně široký. Především je to průmyslová syntéza. Karbid vápníku se používá k výrobě syntetického kaučuku, kyseliny octové, acetonu, ethylenu, vinylchloridu, styrenu. Rovněž se používá při přípravě vápenatého kyanamidu. Tato látka je cenná pro použití při syntéze různých hnojiv a kyanidových látek. V zemědělství každý agronom zná takový název jako karbid-karbamidový regulátor. Používá se k regulaci růstu rostlin. A k získání je také používán karbid vápníku. Kromě toho se tato sloučenina používá při výrobě kyanamidu vápenatého. Tato reakce je založena na zahřátí karbidu vápníku s dusíkem. Obnova alkalických kovů ani bez použití látky, kterou jsme popsali. V procesu svařování plynem se používá karbid vápníku. Například, karbidové lampy jsou široce používány. Princip práce je založen na interakci ve speciální nádobě z karbidu s vodou a spalování na výstupu zařízení konečné látky reakce - acetylen. Podívejte se na fotografii karbidové lampy.

Výroba acetylenu

Jedním z nejdůležitějších aplikací karbidu vápníku je jeho použití při výrobě acetylenu. Kredit za objev této metody patří také německému chemikovi Friedrichu Vehlerovi. Základem tohoto průmyslového procesu je reakce rozkladu karbidu pod vlivem vody. CaC _{2 +} 2 H ₂ O → C ₂ H ₂ + Ca (OH) ₂ ↓. Na výstupu se tvoří plyn acetylenu a hydratované vápno, vysrážené. Proces je doprovázen uvolněním velkého množství tepla. Objem plynu na výstupu závisí na tom, jak je čistý karbid vápníku použit pro reakci. Takto vyrobený acetylen může mít jiný objem - 1 kg původní látky může poskytnout od 235 do 290 litrů plynu. Pokud jde o rychlost reakce, závisí jak na malém procentu nečistot v karbidu vápníku, tak na teplotě vody, stejně jako na jeho čistotě. Pokud zvážíme teoretickou reakci výroby acetylenu z karbidu, pak pro 1 kg karbidu stačí 560 ml vody. V praxi se však zvyšuje objem vody pro reakci. Na 1 kg karbidu vápníku v podmínkách průmyslové syntézy vyžaduje od 5 do 20 litrů vody. Toto množství je nezbytné pro lepší chlazení acetylenu a pro zajištění optimální bezpečnosti během provozu. Níže je německý chemik Friedrich Veler.

Laboratorní zkušenost s acetylenem

Mnoho z hodin chemie ve škole je obeznámeno s reakcí karbid-voda interakce. Typicky tato zkušenost nám umožňuje prokázat reakci za účelem získání acetylenu, stejně jako jeho fyzikálních a chemických vlastností. Současně probíhá proces vývoje plynu poměrně intenzivně, takže trubice, která vypouští acetylen z baňky s účinnými látkami, se umístí do misky s vodou. Tím je zajištěn méně aktivní a rychlý pohyb plynu. Navíc v laboratoři můžete použít jiný způsob, jak udělat příliš horkou reakci rozkladu takových sloučenin, jako je karbid. Acetylen v tomto případě jde rovnoměrně a klidně. Chcete-li to udělat, namísto vody, musíte vzít nasycený roztok soli. Také v laboratoři by při provádění této reakce měla být voda opatrně přidána do karbidu umístěného v odměrné baňce a nikoliv naopak.