Что такое карбид кальция и какой газ он выделяет?

Химическое соединение
Карбид кальция

Карбид кальция

, также известный как
ацетилид кальция
, это химическое соединение с химическая формула из C2. Его основное промышленное использование — производство ацетилен и цианамид кальция.[3]

Чистый материал бесцветен, однако кусочки технический карбид кальция серого или коричневого цвета и состоит примерно на 80–85% из CaC2 (остальное — CaO (оксид кальция), Ca3п2 (фосфид кальция), CaS (сульфид кальция), Ca3N2 (нитрид кальция), SiC (Карбид кремния), так далее.). При наличии следов влаги технический карбид кальция издает неприятный запах, напоминающий запах чеснока.[4]

Применение карбида кальция включает производство ацетилен газа, а также для производства ацетилена в карбидные лампы; производство химикатов для удобрений; и в сталеплавильном производстве.

Физические свойства

• Бесцветные тетрагональные кристаллы.
• Плотность: 228 (+20 °C, г/см3).
• Удельная теплоёмкость при постоянном давлении (в Дж/г·K): 0,92 (+20—325 °C).
• Стандартная энтальпия образования ΔfH (298 К, кДж/моль): −62,8 (т).
• Стандартная энергия Гиббса образования ΔfG (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.
• Карбид кальция имеет резкий чесночный запах.

Опыт 1. Получение ацетилена и его горение.

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 8Следующая ⇒

Реактивы и материалы: карбид кальция СаС2 (в кусочках). Оборудование: газоотводная трубка с оттянутым концом.

Работу с ацетиленом необходимо проводить в вытяжном шкафу, так как неочищенный ацетилен, полученный из карбида кальция, содержит вредные, неприятно пахнущие примеси.

В пробирку помещают маленький кусочек карбида кальция СаС2, добавляют 2 капли воды и закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой, имеющей оттянутый конец. В пробирке бурно выделяется газообразный ацетилен.

Химизм процесса:

СаС2 + 2Н2О → НС≡СН + Са(ОН)2

Поджигают ацетилен у конца газоотводной трубки. Он горит светящимся, коптящим пламенем. Реакция взаимодействия карбида кальция с водой экзотермична.

Ацетилен, полученный из карбида кальция, содержит незначительные количества NH3, РН3, АsН3 и других примесей и поэтому имеет характерный запах. Примеси можно удалить промыванием ацетилена водным раствором дихромата калия, подкисленного серной кислотой.

Опыт 2. Присоединение к ацетилену брома.

Реактивы и материалы: ацетилен; бромная вода, насыщенный раствор. Оборудование: газоотводная трубка.

Добавляют в пробирку с карбидом кальция (см. опыт 1) еще 2 капли воды и закрывают ее пробкой с газоотводной трубкой, коней которой опускают в пробирку с 5 каплями бромной воды. Бромная вода обесцвечивается вследствие присоединения атомов брома по месту тройной связи.

Химизм процесса:

НС≡СН + 2Вr2 → CHBr2–СНВr2

1,1,2,2-тетрабромэтан

Опыт 3. Отношение ацетилена к окислителям.

Реактивы и материалы: ацетилен; перманганат калия, 0,1 н. раствор. Оборудование: газоотводная трубка.

В пробирку помещают 1 каплю перманганата калия и 4 капли воды. В пробирку с кусочками карбида кальция добавляют еще 2 капли воды и закрывают пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опускают в приготовленный раствор перманганата калия.

Розовый раствор быстро обесцвечивается: происходит окисление ацетилена по месту разрыва тройной связи с образованием промежуточного продукта окисления – щавелевой кислоты, которая окисляется дальше до диоксида углерода:

[O]

НС≡СН + 4[O] → HO – C – C – OH → 2CO2 + H2O

|| ||

O O

щавелевая кислота

Обесцвечивание бромной воды и раствора перманганата калия доказывает непредельность ацетилена.

Опыт 4. Образование ацетиленида серебра.

Реактивы и материалы: ацетилен; нитрат серебра, 0,2 н. раствор; аммиак, концентрированный раствор.

В пробирку вносят 2 капли раствора нитрата серебра и прибавляют 1 каплю раствора аммиака – образуется осадок гидроксида серебра. При добавлении 1-2 капель раствора аммиака осадок AgOH легко растворяется с образованием аммиачного раствора оксида серебра ([Ag(NH3)2]OH).

Через аммиачный раствор оксида серебра пропускают ацетилен (см. опыт 1). В пробирке образуется светло-желтый осадок ацетиленида серебра, который затем становится серым.

Химизм процесса:

НС≡СН + 2[Ag(NH3)2]ОН → AgС≡СAg↓ + 4NH3+ 2Н2О

Опыт 5. Образование ацетиленида меди.

Реактивы и материалы: карбид кальция; хлорид меди CuCl2, аммиачный раствор. Оборудование: фильтровальная бумага (полоски размером 5*40 мм).

В сухую пробирку помещают 1-2 кусочка карбида кальция и добавляют 2 капли воды. В отверстие пробирки вводят полоску фильтровальной бумаги, смоченной аммиачным раствором хлорида меди CuCl2, содержащим комплексный аммиакат состава [Cu(NH3)2]C12. Появляется красно-бурое окрашивание вследствие образования ацетиленида меди.

В водных растворах ацетилениды серебра и меди устойчивы. В сухом состоянии при нагревании или при ударе они взрываются с большой силой.

Химизм процесса:

НС≡СН + 2[Cu(NH3)2]C1 → CuС≡СCu↓ + 2NH4Cl + 2NH3

Литература:

1. Аверина А.В., Снегирева А.Я. Лабораторный практикум по органической химии. М.: Высшая школа, 1980. – С. 31-33.

Лабораторная работа №5

Ароматические углеводороды.

Цель: экспериментальное получение и изучение свойств ароматических углеводородов.

⇐ Предыдущая5Следующая ⇒

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.

Карбид — забава детей 90-х

В 90-х годах еще не было всяких компьютерных гаджетов и интернета, детвора развлекалась, как могла. Кто из рогаток стрелял птиц, кто делал дымовые шашки. Но самым опасным были игры с карбидом. Вариантов было много: бросали в костер, он отлично горит мокрый, бросали в воду и наблюдали, как он пузыриться, делали бомбы из пластиковых бутылок.

Карбид достать было легко, газосварщики выбрасывали его прямо на месте проведения сварочных работ. Пацаны, улучив момент, набирали кто, сколько мог унести, и бежали подальше от этого места. Самым интересным занятием было взрывать пластиковые бутылки карбидом. В бутылку клали карбид, заливали водой, встряхивали и отходили подальше. Занимали наблюдательное место и ждали взрыва. Пары карбида раздували пластик, пока бутыль не разорвется. Он всегда происходил внезапно, что добавляло веселья. Был такой случай: ребята сидели, как обычно, взрывали пластиковые бутылки, а одна попалась очень крепкая и никак не хотела взрываться. Ее раздуло и все. Устав ждать взрыва, решили заняться чем-нибудь другим, например, бросать карбид в костер. Сидят, наблюдают за горением реактива, и вдруг кому-то пришло в голову бросить ту самую, так и не взорвавшеюся бутылку в костер. Ее взяли с собой и таскали почти весь день. Тут приходит осознание, что взрыв-то будет не слабым, а с огнем. Успели отбежать всего на пару шагов, как последовал оглушительный взрыв, ребята ощутили удар в спину взрывной волной, и попадали на землю. Все жители двора выбежали на улицу посмотреть что, взорвалось. К тому времени ребята на бешеной скорости умчались с места происшествия. Так быстро они еще не бегали. Кроме бомбы делали пушку из пивной банки. Брали пустую банку, срезали верхушку, а сбоку, ближе ко дну, проделывали небольшое отверстие. Внутрь помещали кусочек карбида и слегка его мочили. Затыкали отверстия и трясли немного. Потом открывали верхушку, а к маленькой дырке подносили горящую спичку, получался громкий выстрел скопившихся газов. Забавы были очень опасными, пострадавших было не мало. Получали сильные ожоги рук, лица. Шрамы оставались на всю жизнь. Это еще хорошо, если отделался шрамами, можно ведь было выжечь себе глаза и остаться слепым на всю жизнь. Такие случаи тоже были. Вот так развлекалась детвора лихих 90-х. Сегодняшняя молодежь далека от таких забав. С одной стороны хорошо, что не рискуют своим здоровьем.

Также может быть интересно: «Змейка Рубика» — головоломка 90-х

История получения карбида кальция

Карбид кальция был получен случайно в 1862 г. Немецкий химик Фридрих Вёлер (Friedrich W?hler) при попытке выделения металлического кальция из извести (карбоната кальция СаСО3) путем длительного прокаливания смеси, состоящей из извести и угля, получил массу сероватого цвета, в которой не обнаружил признаков металла. Как результат неудавшегося эксперимента он выбросил эту массу на свалку во дворе. Во время дождя лаборант заметил выделение какого-то газа из выброшенной массы. Это заинтересовало Фридриха Вёлера, он провел анализ газа и установил, что это ацетилен (С2Н2), ранее открытый Эдмундом Дэви (Edmund Davy), в 1836 г.

Однако имя этому газу присвоил французский химик Пьер Эжен Марселен Бертло (Marcellin Berthelot) после того, как в 1863 году получил ацетилен, пропуская водород над раскалёнными электрической дугой графитовыми электродами.

Томас Уилсон (Thomas Leopold «Carbide» Willson) в 1888 году и Фердинанд Фредерик Анри Муассан (Ferdinand Frederic Henri Moissan) в 1892 независимо друг от друга открыли метод получения карбида кальция в дуговой электропечи, что послужило толчком для дальнейшего развития промышленного получения технического карбида кальция.

В России первые заводы по изготовлению карбида кальция были построены акционерным обществом «Перун» в 1908 г. в Земковицах, а в 1910 г. в Петербурге. В 1914 г. на этом заводе работали две карбидные печи мощностью по 500 кВт и две печи по 900 кВт.

В 1917 г. при Макеевском металлургическом заводе была построена установка с электропечью мощностью 1800 кВт. Почти одновременно на заводе в Баку для нужд нефтепромышленности и на Аллавердском медеплавильном заводе также были пущены карбидные печи.

В 1930 г. был построен и пущен первый большой карбидный завод в Растяпино (ныне г. Дзержинск Нижегородской области). На этом заводе карбид кальция впервые стал выпускаться не только как товарный продукт, но и для получения цианамида кальция.

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

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.

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.

Производство [ править ]

Карбид кальция производится промышленным способом в электродуговой печи из смеси извести и кокса при температуре около 2200 ° C (3990 ° F). [6] Это эндотермическая реакция, требующая 110 килокалорий (460 кДж) на моль [7] и высоких температур для удаления монооксида углерода. Этот метод не изменился с момента его изобретения в 1892 году:

CaO + 3 C → CaC 2 + CO

Высокая температура, необходимая для этой реакции, практически недостижима 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, который производит фосфин.при гидролизе. [8]

Эта реакция была важной частью промышленной революции в химии и стала возможной в Соединенных Штатах в результате огромного количества недорогой гидроэлектроэнергии, производимой на Ниагарском водопаде до начала 20-го века. [9]

Метод производства в электродуговой печи был открыт в 1892 году Т.Л. Уилсоном и независимо от него Х. Муассаном в том же году. [10] [11] [12] В Боснии и Герцеговине, в городе Яйце, австрийский промышленник доктор Йозеф Кранц и его

, преемником которой позже стала
«Электро-Босна»
, открыли крупнейший химический завод по производству карбида кальция в то время в Европе в 1899 году. Гидроэлектростанция на Пливедля электроснабжения завода построена река с установленной мощностью 8 МВт. Это была первая в своем роде электростанция в Юго-Восточной Европе, которая была введена в эксплуатацию 24 марта 1899 года [13].