Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Карбид кальция

Карбид кальция

При щелочной реакции углерода с металлами могут получится различные карбиды. За счет соединения определенных химических элементов получаются соединения, которые характеризуются высокой прочностью. Довольно большое распространение получил вариант исполнения, который получил название карбид кальция. Его стали применять в самых различных областях промышленности.

Карбид кальция

Внешний вид и характеристики технического карбида кальция

Впервые рассматриваемый состав был получен в 1862 году. Проводимая процедура касалась отделения кальция от извести, в результате чего получился бледно-серый состав без признаков, свойственных металлам. В результате опыта был получен карбид, который в последствии стал активно использоваться при выпуске различной продукции.

В начале 20 века карбид кальция стали использовать для производства ацетилена в больших объемах. Именно поэтому стали вести активные исследования для выявления более производительной технологии.

Технические характеристики материала определяют его широкое распространение. Внешний вид вещества характеризуется светло-серым цветом, выпускаются карбиды в виде камня или порошка.

Физические свойства

При выборе практически любого материала следует уделять больше всего внимания физическим свойствам. У рассматриваемого они следующие:

  1. Соединение имеет кристаллическую структуру.
  2. Показатель температуры плавления составляет 2300 °С. Стоит учитывать, что подобная цифра свойственна только чистому составу. Добавление в состав различных примесей приводит к тому, что температура плавления существенно падает.

Чистый карбид кальция

Чистый карбид кальция

Стоит учитывать, что карбид кальция в большинстве случаев находится в твердом состоянии. Кроме этого, цвет может варьироваться от серого до коричневого цвета. Физические свойства карбида кальция определяют его широкое применение в самых различных отраслях промышленности.

Химические свойства

Немаловажное значение имеют и химические свойства. Они также учитываются при применении материала. К основным характеристикам можно отнести следующие качества:

  1. Карбид кальция характеризуется тем, что хорошо впитывает влагу. Стоит учитывать, подобная процедура проявляется яркой химической реакцией, связанной с разложением вещества.
  2. При работе с рассматриваемым материалом стоит учитывать, что образующаяся пыль оказывает раздражительный эффект на слизистые органы. Кроме этого, подобная реакция может проявится при попадании кристаллов или пыли на поверхность кожи. Именно поэтому при работе с рассматриваемым соединением следует использовать респиратор и некоторые другие средства защиты.
  3. Кристаллы активное реагируют на воздействие других веществ зачастую только при нагреве. При этом может образоваться карбонат кальция.
  4. В некоторых случаях проводится соединение кристаллического вещества с азотом, в результате чего получается цианамид кальция.
  5. При нагреве может проходить реакция с мышьяком и хлором, а также фосфором.

Карбонат кальция

Считается, что наиболее важным химическим качеством является податливость к разложению при воздействии воды.

Получение

Как ранее было отмечено, карбид кальция активно применяется при получении самых различных материалов. Именно поэтому процесс получения карбида кальция постоянно совершенствовался. К особенностям применяемых технологий можно отнести нижеприведенные моменты:

  1. В качестве сырья применяется негашеная известь. В большинстве случаев вещество получается из извести, но в домашних условиях провести подобную процедуру сложно.
  2. Известь смешивается с измельченном коксом для получения однородной массы.
  3. В промышленности карбид кальция получают по схеме, которая предусматривает нагрев вещества до высокой температуры. Для этого применяются электронные печи. Рекомендуемая температура плавления составляет 1900 ⁰С.
  4. После нагрева вещества до столь высокой температуры оно переходит в жидкое состояние. Для работы подготавливаются специальные формы.
Читайте так же:
Распиновка проводов юсб кабеля

При рассмотрении того, как из углерода получить карбид кальция отметим, что по установленным стандартам в состав должно входить не менее 80% основного вещества. На долю примесей должно приходится не более 25%, в число которых также входит углерод. Производство оксида кальция также приводит к выделению тепловой энергии, что стоит учитывать.

Транспортировка и хранение

Порошок карбида кальция при воздействии влаги практически моментально разлагается. При этом образуется ацетилен, который при большой концентрации горюч и взрывоопасный. Именно поэтому нужно уделять довольно много внимания хранению карбида кальция, для чего часто применяют бидоны и специальные барабаны. К другим особенностям хранения отнесем следующие моменты:

  1. Выделяющийся ацетилен легче воздуха, поэтому скапливается вверху. Стоит учитывать, что он обладает наркотическими действиями, может самовоспламеняться.
  2. При производстве большого объема вещества особое внимание уделяется технике безопасности. Для фасовки применяются специальные упаковки.
  3. Для открытия упаковки следует использовать инструменты, которые не становятся причиной образования искр.
  4. Если вещество попадает на кожу или слизистую оболочку, то его нужно сразу удалить. При этом пострадавшая поверхность обрабатывается специальным кремом или другим защитно-заживляющим веществом.
  5. По установленным правилам, транспортировка может проводится исключительно при применении крытого транспортного средства. При этом проводить доставку по воздуху запрещается.

Контейнер для транспортировки

Контейнер для транспортировки

Установленные правила также запрещают хранить карбид кальция вместе с другими химическими веществами и источниками тепла. Это связано с тем, что образующиеся газы могут вступать в химическую реакцию с другими химическими веществами и возгораться.

Применение карбида кальция

Как ранее было отмечено, карбид кальция встречается в самых различных областях промышленности, зачастую поставляют для проведения промышленного синтеза. Свойства карбида кальция и реакция, протекающая при его соединении с различными веществами, определяют использование вещества в нижеприведенных случаях:

  1. Многие синтетически компоненты, входящих в состав современных материалов, производят на основе рассматриваемого компонента.
  2. Применяется для получения цианамида кальция. Подобный компонент используется для получения различных химических удобрений. Именно поэтому сырье применяется для регулирования скорости роста растений.
  3. Цианамид кальция также получают при соединении вещества с азотом.
  4. В некоторых случаях проводится восстановление металлов щелочной группы.
  5. Можно использовать рассматриваемое соединение в процессе газовой сварки.

При рассмотрении карбида кальция и области применения стоит учитывать, что подобное вещество чаще всего применяют для получения ацетилена. Подобный синтез карбида кальция разработал немецкий ученый. Среди особенностей подобного способа применения отметим следующие моменты:

  1. Ацетилен из карбида получают при оказании воздействия водой на используемое сырье.
  2. В результате прохождения химической реакции образуется требующийся газ, гашеная известь выпадает в осадок.
  3. Стоит учитывать, что при смешивании компонентов выделяется большое количество тепла. Поэтому работа должна проводится с учетом техники безопасности.
  4. В зависимости от вида применяемой технологии переработки сырья с 1 килограмма выходит около 290 литров газа.
  5. Скорость протекания процедуры зависит от чистоты применяемого сырья, температуры и количества воды.

Получение ацетилена из карбида кальция

Получение ацетилена из карбида кальция

Как показывает практика, при использовании чистого карбида на протекание химической реакции отводится около 20 литров волы на 1 килограмм сырья. Подобное количество воды требуется для того чтобы снизить температуру реакции, за счет чего обеспечиваются оптимальные условия для работы.

Техника безопасности

При проведении различных химических реакций для производства материалов должна соблюдаться техника безопасности. Как ранее было отмечено, выделяемые вещества могут быть взрывоопасными. Техника безопасности при взаимодействии с различными химическими веществами заключается в следующем:

  1. Для хранения и обработки требуется герметичное место. В обычном гараже проводить работы не рекомендуется.
  2. Нельзя допускать огонь к самому сырью, а также образующимся газам.
  3. Даже мелкие частицы могут привести к поражению кожных покровов. Именно поэтому работа должна проводится в респираторе и защитной одежде.
  4. Генераторы ацетилена размещают исключительно в хорошо изолированных помещениях.
  5. Если сырье применялось при проведении сварочных работ, то следует образующийся шлак утилизировать в специальных местах.
  6. При перемещении металлических и иных емкостей они должны быть надежно закреплены, столкновение и падение не допускается. Это может привести к появлению искр, которые станут причиной взрыва вещества.
Читайте так же:
Чем почистить медь от окиси

Горение карбида кальция

Горение карбида кальция

Вышеприведенная информация определяет то, что работы с рассматриваемым сырьем не рекомендуется проводить в гараже или домашней мастерской. Несоблюдении технологии, отсутствии требующего оснащения и многие другие причины могут привести к возникновению искры и воспламенению веществ.

Карбид кальция реакция с водой

Рассматриваемое сырье чаще всего применяется для соединения с водой, в результате чего получается ацетилен. Взаимодействие карбида кальция с водой становится причиной появления газа с неприятным запахом и достаточно большим количеством различных примесей. В чистом виде получить подобное вещество можно только при его многоэтапной очистке.

Реакция карбида кальция с водой может быть проведена опытным путем. К особенностям подобной процедуры отнесем следующие моменты:

  1. В качестве емкости применяется 1,5-литровая бутылка.
  2. После ее заполнения водой добавляется несколько кусочков кристаллического материала.
  3. Протекание реакции приводит к появлению избыточного давления.
  4. После того как карбид кальция больше не вступает в реакцию, на бутылку помещается горящая бумага. В результате взаимодействия между карбидом кальция и водой образуется газ, который взрывается. При рассматриваемом опыте образуется огненное облако.

Подобный опыт довольно опасен и должен быть проведен с соблюдением техники безопасности.

В заключение отметим, что рассматриваемый компонент в последнее время часто применяется для проведения самых различных опытов. Соединение обладает большим количеством свойств, которые должны учитываться. Выделение тепла и газов становится причиной, по которой проводить опыты рекомендуется только в промышленности.

Химики-теоретики предложили новую стратегию по использованию карбида кальция в синтезе органических соединений

При словах «карбид кальция», многие вспомнят уроки химии в школе, реакцию белого твердого вещества с водой и выделение ацетилена . Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета и Института органической химии РАН имени Н.Д. Зелинского моделировали процессы, происходящие при взаимодействии карбида кальция с водой и диметилсульфоксидом на атомарном масштабе. Проанализировав результаты этого моделирования, они предложили подход, стратегию, как можно разрабатывать новые органические реакции с этим хорошо известным веществом. Подробно c работой можно ознакомиться в статье, недавно опубликованной в журнале Chemical Science Королевского химического общества. Это новая работа в рамках проекта по актуальной химии карбида кальция, поддержанного грантом СПбГУ, который ведется в Лаборатории кластерного катализа университета.

Карбид кальция – желтовато-белое или серое твердое вещество, используя которое, в школе демонстрируют получение ацетилена в результате реакции карбида с водой

Читайте так же:
Редуктор на баллон с пропаном

«Карбид кальция известен уже более ста лет, и все это время его производят в промышленных масштабах для получения газообразного ацетилена. Углерод для синтеза карбида добывают в шахтах. Так, количество углерода над поверхностью планеты постоянно растет, а под поверхностью – снижается, т. е. подобный углеродный цикл не является нейтральным, что ведет к очевидным проблемам», − говорит Константин Родыгин, научный сотрудник Лаборатории кластерного катализа СПбГУ.

Руководитель проекта по исследованию новых химических реакций с карбидом кальция академик РАН Валентин Анаников отмечает: «Главным вызовом для человечества сегодня является создание промышленных процессов нового поколения, позволяющих получать важнейшие органические соединения и материалы в рамках углерод-нейтрального подхода. Особое значение имеет замена ископаемых ресурсов на возобновляемые и решение экологических задач. Как было показано в наших работах, органический синтез на базе карбида кальция открывает новые возможности для реализации углерод-нейтральных технологий. Причем ключевое значение имеет понимание химических процессов трансформации карбидных частиц в химических процессах в растворе».

Один из соавторов статьи Михаил Полынский рассказал порталу Indicator.ru о работе более подробно. «Сам карбид можно рассматривать как соль ацетилена, а ацетилен HC≡CH – как очень слабую двухосновную кислоту. К сожалению, в органических растворителях, даже полярных, как диметилсульфоксид, карбид кальция не растворяется. А с водой он интенсивно реагирует. Для синтеза сложных органических веществ интересны именно ацетилениды − C≡C − и HC≡C − , то есть кислотные остатки. Получается, что ацетилениды очень сложно получить в растворе, а органические реакции чаще всего проводят именно в растворах.

Это полностью теоретическая работа, то есть исследование заключалось в компьютерном моделировании того, как из твердого кристаллического вещества, карбида кальция, можно получить ацетилениды в растворе. Для моделирования мы использовали так называемые квантово-химические методы, борн-оппенгеймеровскую молекулярную динамику, когда атомы рассматриваются как классические, неквантовые материальные точки, но взаимодействия между ними и электронами описываются уравнениями квантовой механики. В результате такого моделирования можно сделать небольшой мультфильм, показывающий, как выглядит движение атомов и молекул на очень коротких, пикосекундных временных интервалах».

Любопытно, что хоть часть расчетов мы проводили на вычислительных серверах Ресурсного центра СПбГУ, также использовали и относительно простой лабораторный компьютер, какой можно было бы использовать для компьютерных игр. Современные «геймерские», игровые компьютеры оснащаются мощными процессорами и видеокартами – именно они нужны для квантово-химических вычислений, и, порой, игровых процессоров и видеокарт вполне достаточно.

Слева: Фото вычислительных серверов ресурсного центра СПбГУ, на которых проводились расчеты. Справа: «геймерский» компьютер с открытой крышкой корпуса, на котором выполняли симуляцию борн-оппенгеймеровской молекулярной динамики. Все торговые марки, имена и логотипы которых видны на фото, принадлежат правообладателям.

Мы оценили кислотные свойства ацетилена, воды и некоторых других соединений в растворителе диметилсульфоксиде, а также оценили, может ли образоваться раствор из карбида кальция или продукта его неполного гидролиза. В ходе гидролиза кислотный остаток − C≡C − превращается в HC≡C − , этот процесс называется протонированием, и именно второй ацетиленид может образовываться в растворе. Анализ кислотности показал, что в растворителе диметилсульфоксиде реализуется необычная ситуация: вода более слабая кислота, чем HC≡C − , поэтому вода не может интенсивно протонировать ацетиленид HC≡C − . После проведения такого анализа стало понятно, что вместо воды можно использовать и другие вещества, способные участвовать в протонировании − C≡C − , для перевода ацетиленида в раствор, а в качестве растворителя для реакций с карбидом кальция можно искать альтернативные диметилсульфоксиду, еще менее токсичные и «зеленые» растворители.

Читайте так же:
Травмы от болгарки фото

Карбид кальция как источник ацетилена для газовой сварки

карбид кальция

Газовая сварка является одной разновидностью сварки методом плавления, то есть кромки соединяемых деталей и присадочных материалов нагреваются за счет теплоты сгораемых горючих газов в присутствии кислорода. В зависимости от вида применяемого горючего газа сварки классифицируют на:

  • ацетиленокислородная;
  • бензинокислородная;
  • керосинокислородная;
  • пропанобутано-кислородная.

Наиболее востребованным и часто применяемым видом является кислородно-ацетиленовый. Такой вид также называют автогенной сваркой, так как с помощью неё соединяют элементы из одного металла путем расплавления. Весь процесс получения неразъемного жесткого соединения заключается в точечном расплавлении кромок соединяемых частей металла при нагреве пламенем кислородно-ацетиленовой горелки. Само пламя образуется горением горючего газа — ацетилена в газе, поддерживающем горение, — кислороде.

Получают ацетилен в ацетиленовых генераторах, а хранят, как и кислород, в баллонах. Главное сырьё, из которого его получают, это карбид кальция и вода.

Особенности образования ацетилена из карбида кальция

Ацетилен, химическая формула которого С2Н2 (соединение из углерода и водорода), — горючий бесцветный газ с резким едким запахом, вдыхание его опасно и может быть причиной отравления. Ацетилен обладает следующими характеристиками:

  1. масса легче воздуха (в среднем 1,09 кг);
  2. взрывоопасное вещество;
  3. самовоспламенение происходим при температуре от 240 до 630°С градация зависит от давления и примесей.

Существуют различные технологии получения ацетилена, промышленно его можно получить разложением под действием электродугового разряда распространенных жидких горючих (керосин, нефть) или из природного газа (смесь метана с кислородом). Часто ацетилен извлекают из карбида кальция. При этом свойства образующегося горючего газа не изменяются в зависимости от способа получения.

Источник ацетилена — карбид кальция образуется в результате сплавления при температуре свыше 1900°С негашеной извести и кокса. Процесс осуществляют в электродуговых печах. Расплавленную смесь сливают из печи в специальные формы. После остывания карбид кальция дробят на куски и сортируют по размерам от 2 до 80 мм. Меньший размер частиц является отходом производства и называется карбидной пылью.

Для образования газообразного ацетилена необходимо осуществить реакцию взаимодействия карбида кальция с водой. В результате разложения получают в среднем около 280 литров ацетилена из 1 кг карбида кальция, а для образования 1000 литров горючего газа потребуется 4 кг твердого вещества. Побочным продуктом, образующимся в ходе реакции, является известь.

Существует и другой способ разложения карбида кальция до образования ацетилена. Его называют сухим. В этом случае при осуществлении реакции используют минимальное количество воды. Такой метод позволяет легче утилизировать пробочные продукты, так как выделяемая известь выпадает в виде сухого порошка.

Получаемый из карбида кальция, ацетилен образует при горении пламя высокой температуры (выше других горючих газов) и поэтому наиболее востребован для газовой сварки.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Кальций карбид , ТЕХН

Карби́д ка́льция (углеро́дистый ка́льций, ацетилени́д кальция) — CaC2 — в чистом виде белое кристаллическое вещество. Соединение кальция с углеродом.

Читайте так же:
Реле управления уличным освещением

История получения

Впервые получен в 1862 году Фридрихом Вёлером нагреванием сплава цинка и кальция с углём.

Получение

В настоящее время получают прокаливанием в электрических печах (температура 1900—1950 °C) смеси оксида кальция с коксом.

Полученный таким образом технический продукт имеет грязно-серый цвет вследствие загрязнения углём и другими красящими примесями. Он содержит также примеси фосфида и сульфида кальция, вследствие чего такой карбид кальция и полученный из него ацетилен имеют неприятный запах.

Физические свойства

Бесцветные тетрагональные кристаллы.

Плотность: 2,2 (+20 °C, г/см3).

Удельная теплоёмкость при постоянном давлении (в Дж/г·K): 0,92 (+20—325 °C).

Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К, кДж/моль): −62,8 (т).

Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (298 К, кДж/моль): −67,8 (т).

Стандартная энтропия образования S (298 К, Дж/моль·K): 70,3 (т).

Стандартная мольная теплоёмкость Cp (298 К, Дж/моль·K): 62,34 (т).

Энтальпия плавления ΔHпл (кДж/моль): 32,2.

Химические свойства

При взаимодействии c водой карбид кальция гидролизуется с образованием ацетилена и гидроксида кальция (гашеной извести):

Внешний вид и характеристики технического карбида кальция

Карбид кальция получают сплавлением в электрических печах кокса и негашеной извести. Расплавленный карбид кальция выпускается из печи в специальные формы — изложницы, в которых он затвердевает. Застывший карбид кальция дробится и сортируется на куски определённых размеров.

Технический карбид кальция представляет собой твёрдое кристаллическое вещество. По внешнему виду карбид кальция представляет собой твёрдое вещество тёмно-серого или коричневого цвета. Он даёт кристаллический излом серого цвета с различными оттенками в зависимости от чистоты. Карбид кальция жадно поглощает воду. При взаимодействии с водой даже на холоде карбид кальция разлагается с бурным выделением ацетилена и большого количества тепла. Разложение карбида кальция происходит и под влиянием атмосферной влаги.

По ГОСТ 1460-56 установлены следующие размеры (грануляция) кусков карбида кальция: 2×8; 8×15; 15×25; 25×80. Технический карбид кальция содержит до 80 % химически чистого карбида кальция, остальное составляют примеси — негашеная известь, углерод, кремнекислота и другое.

Область применения карбида кальция

Карбид кальция используют при проведении автогенных работ и освещения, а также в производстве ацетиленовой сажи и продуктов органического синтеза, из которых главным является синтетический каучук.

Карбид кальция применяют в производстве цианамида кальция, из которого получают удобрения, цианистые соединения. Карбид кальция используют для получения карбидно-карбамидного регулятора роста растений, изготовления порошкового карбидного реагента.

Из 1 кг технического карбида получается от 235 до 285 л ацетилена в зависимости от его сорта и грануляции: чем чище и крупнее карбид кальция, тем большее количество ацетилена он даёт при разложении.

Для разложения 1 кг карбида кальция теоретически требуется 0,56 л воды. Практически берут от 5 до 20 л воды с целью лучшего охлаждения ацетилена и обеспечения безопасности при работе. Скорость разложения карбида кальция водой зависит от его чистоты, грануляции, температуры и чистоты воды. Чем чище карбид кальция, меньше размер его кусков, выше температура и чище вода, тем больше скорость.

Отгрузка от 1 кг! Доставка по РФ! Работаем только с Юридическими лицами (в т.ч. ИП) и только по безналичному расчёту!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector