Kalcijev karbid

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje

Kalcijev karbid je kemijska spojina, s formulo CaC2. Uporablja se v industrijski proizvodnji acetilena in kalcijevega cianamida.[1]. Čista spojina je brezbarvna, deli tehnično kakovostnega kalcijevega karbida pa so sive ali rjave barve. Sestavljen je iz 80-85% kalcijevega karbida (CaC2) in manjših deležev: kalcijevega oksida (CaO), kalcijeveda fosfida (Ca3P2), kalcijevega sulfida (CaS), kalcijevega nitrida (Ca3N2), silicijevega karbida (SK) itd. Zaradi prisotnosti fosfina (PH3), amonijaka (NH3) in vodikovega sulfida (H2S) ima kalcijev karbid vonj tehnološko proizvedenega kalcijevega karbida, ki je posledica njegovega pridobivanja in je v višjih koncentracijah namerno neprijeten, v manjših pa opazen z namenom zgodnjega opozorila neželenega uhajanja, požarov ali eksplozij.

Kalcijevfotka.pdf
OSNOVNI PODATKI

Proizvodnja[uredi | uredi kodo]

Kalcijev karbid se industrijsko proizvaja v električni obločni peči, iz mešanice apna in koksa pri približno 2000 °C. Ta metoda ostaja nespremenjena že vse od njenega izuma leta 1888.

CaO + 3 C → CaC2 + CO

Visoke temperature, potrebne za te reakcije praktično ni mogoče izvesti s tradicionalnim izgorevanjem, tako da reakcija poteka v električni obločni peči z grafitnimi elektrodami. Produkt večinoma vsebuje 80% kalcijevega karbida. Karbid se zdrobi za proizvodnjo manjših kock, ki imajo razpon od nekaj do 50 mm. Nečistoče so skoncentrirane v lepših frakcijah. Vsebina CaC2 se določi z merjenjem količine proizvedenega acetilena pri hidrolizi. Na primer: britanski in nemški standardi za vsebino grobe frakcije so 295 l/kg in 300 l/kg. Nečistoče v karbidu vključujejo fosfid, ki proizvaja posfin med hidrolizacijo.[2] Reakcija je bila pomemben del industrijske revolucije v kemiji. V ZDA je bila mogoča zaradi ogromno proizvedene elektrike v hidroelektrarnah na Niagarskih slapovih na prelomu 20. stoletja. Metodo za proizvodnjo v električni obločni peči sta neodvisno odkrila T. L. Willson in H. Moissan v letih 1888 in 1892. [3][4]

Kristalna zgradba[uredi | uredi kodo]

Čisti kalcijev karbid je brezbarven. V kristalni obliki pri sobni temperaturi, je popačena kamena sol struktura s C22− enote in leži vzporedno. [6]

Uporaba[uredi | uredi kodo]

Za proizvodnjo acetilena[uredi | uredi kodo]

Reakcijo kalcijevega akrbida z vodo, ki proizvaja acetilen in kalcijev hidroksid, je odkril Friedrich Wöhlerjevih leta 1862.

CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2

Reakcija je bila podlaga za industrijsko proizvodnjo acetilena in je glavna industrijska uporaba kalcijevega karbida. Danes se acetilen v glavnem proizvaja z delnim izgorevanjem metana, ali pa se pojavi kot stranski produkt pri etilnem toku iz razpoke ogljikovodikov. Na tak način se ga letno proizvede okoli 400.000 ton. Na Kitajskem, acetilen iz kalcijevega karbida ostaja surov za kemično industrijo, zlasti za proizvodnjo polivinil klorida. Lokalno pridelan acetilen je bolj ekonomičn kot uvožena nafta. [7] Proizvodnja kalcijevega karbida na Kitajskem narašča. V letu 2005 je bila proizvodnja 8.940.000 ton, z možnostjo proizvodnje do 17 milijonov ton. [8]

V ZDA, Evropi in na Japonskem se poraba kalcijevega karbida na splošno zmanjšuje. [9] Proizvodne ravni v ZDA v letih 1990 je bilo 236.000 ton na leto. [6]

Za proizvodnjo kalcijevega cianamida[uredi | uredi kodo]

Pri visoki temperaturi kalcijev karbid reagira z dušikom in pri reakciji nastane kalcijev cianamid.

CaC2 + N2 → CaCN2 + C

Kalcijev cianamid se uporablja kot gnojilo. Gre za razstvaljanje spojine s hidrolizo in pri tem dobimo cianamid (H2NCN)

V metalurgiji[uredi | uredi kodo]

Kalcijev karbid se uporablja:

  • v odstranjevanju žvepla iz železa (grodlja-železa, ki pride neposredno iz plavža, litega železa in jekla)Napaka pri navajanju: Neveljavna oznaka <ref>; sklici brez vsebine morajo imeti ime (glej stran pomoči).
  • kot gorivo pri proizvodnji jekla za razširitev ostankov razmerja za tekoče železo
  • kot močan antioksidant za čistilne naprave

Za karbidne svetilke[uredi | uredi kodo]

Kalcijev karbid se uporablja v karbidnih svetilkah. Karbid pri stiku z vodno kapljo razpade na acetilen, kar povzroči vžig. Svetilke so uporabljali v rudnikih premoga. To je bilo zelo nevarno, saj so v rudnikih prisotni vnetljivi plini metana. Zaradi vnetljivih plinov v rudnikih premoga so se, namesto uporabe karbidnih svetilk, odločili za uporabo varnejših svetilk, kot je denimo Davyjeva svetilka, znana kot varnostna jamska svetilka za rudarje. Ime je dobila po njenem izumitelju Siru Humphryju Davyju, ki je zanimivo, 10 dni preživel tudi na Gorenjskem. V varnostni jamski svetilki žična zmanjšuje tveganje vžiga metana. Vseeno pa je Humphry Davy menil, da ni povsem zanesljiva, saj so se tudi z njo dogajale nesreče, tako da se ni odločil za patentiranje svetilke. Po njegovem mnenju se svetilka preveč segreje in takrat skozi njo udari plamen, mešanica zraka in metana pa se vžge in pride do nesreče. Karbidne svetilke so tako bolj uporabljali v rudnikih bakra, kositra in skrilavca, saj v njih ni večje prisotnosti metana. Z leti so v rudnikih začeli uporabljati električne svetilke, ki so v uporabi še danes.

Karbidne svetilke še vedno uporabljajo v rudnikih bolj revnih držav. Denimo v rudniku srebra v bližini mesta Potosi, v Boliviji. Poleg tega karbidne svetilke še vedno uporabljajo nekateri jamarji, za raziskovanje podzemnih področij,[10] čeprav tudi oni vse bolj uporabljajo LED (svetleče diode, polprevodni vir svetlobe) luči.

V prvih letih izdelave avtomobilov, motornih koles in koles so za luči uporabljali karbiden svetilke, ki pa so jih kasneje v celoti nadomestili z elektičnimi svetilkami. [11]

Druge uporabe[uredi | uredi kodo]

V zorenju sadja se kalcijev karbid občasno uporablja kot vir acetilena, ki v zorenju sodeluje podobno kot etilen. [12][13]

Kalcijev karbid se uporablja tudi za igrače, in sicer v obliki topov. Taka je denimo igrača imenovana Big-Bang Cannon. Gre za leta 1912 v ZDA izdelano igračo, ki jo še vedno proizvajajo. Ne glede na to, da so potrošniki prijavili že številne poškodbe, ki so nastale pri uporabi. Pri igrači se kalcijev karbid meša z vodo v topu, posledica pa je proizvodnja acetilena. Po nekaj sekundah se prižge iskra, ki povzroči glasen pok. Za varno uporabo skrbijo podjetja, ki top uporabljajo kot demonstracijo kemijske reakcije.

Druga vrsta je t.i. bambusov top. Gre za domačo vrsto pirotehnike. Priljubljena je v Maleziji, ob koncu islamskega svetega meseca in na Filipinih, ob novoletnem praznovanju. Tipičen bambusov top sestavljajo bambus ter mešanica kalcijevega karbida in vode. Po kemični reakciji, mešanja kalcijevega karbida in vode znotraj bambusa, nastane acetilen, ki eksplodira. Eksplozija pa lahko povzroči telesne poškodbe, zato je uporaba bambusovih topov zakonsko prepovedana.

Kalcijev karbid se skupaj s kalcijevim fosfidom uporablja v plavajočih, samovžigalnih pomorskih, signalnih raketah. Med proizvajalcih teh je bila najbolj znana The Holmes' Marine Life Protection Association. Podjetje, za prouzvodnjo morskih smernikov, je bilo v Veliki Britaniji ustanovljeno v 19.stoletju.


Viri[uredi | uredi kodo]

  • ^ Massalimov, I. A.; Kireeva, M. S.; Sangalov, Yu. A. (2002). Inorganic Materials 38 (4): 363. doi:10.1023/A:1015105922260.
  1. ^ Patnaik, Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. ISBN 0-07-049439-8. Retrieved 2009-06-06
  2. ^ Calcium Carbide, Bernhard Langhammer, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley Interscience. (Subscription required)
  3. ^ J. T. Morehead, G. de Chalmot (1896). "The Manufacture of Calcium Carbide". Journal of the American Chemical Society 18 (4): 311–331. doi:10.1021/ja02090a001.
  4. ^ H. Moissan (1892). "Chimie Minérale.- Description d'un nouveau four électrique". Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences 115: 1031.
  1. ^ a b c Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth–Heinemann. ISBN 0080379419.
  2. ^ Ya Dun (2006-01-23). "Troubles in the PVC industry". Hong Kong Trade Development Council.
  3. ^ "Government takes measures to curb development of calcium carbide sector". BusyTrade.com. 2007-05-16.
  4. ^ Jamie Lacson, Stefan Schlag and Goro Toki (December 2004). "Calcium Carbide". SRI Consulting.
  5. ^ "Caving equipment and culture (from Te Ara Encyclopedia of New Zealand)".
  6. ^ Clemmer, Gregg (1987). American Miners' Carbide Lamps: A Collectors Guide to American Carbide Mine Lighting. Westernlore Publications.
  7. ^ IUPAC name ethene, chemical formula of C2H4
  8. ^ F. B. Abeles and H. E. Gahagan, III (1968). "Abscission: The Role of Ethylene, Ethylene Analogues, Carbon Dioxide, and Oxygen". Plant Physiol. 43 (8): 1255–1258. doi:10.1104/pp.43.8.1255. PMC 1087003. PMID 16656908.