Węglik wapnia: właściwości i zastosowanie. Uzyskiwanie acetylenu
Węgliki są grupą nieorganicznych związków węgla z metalami, a także z krzemem lub borem (ponieważ te pierwiastki wykazują właściwości metaliczne). Węglik wapnia jest jedną z najbardziej poszukiwanych substancji z tej grupy. Na temat właściwości i zastosowania związku, przeczytaj poniżej.
Odbieranie historii
Węglik wapnia jest związkiem szeroko stosowanym w nowoczesnym przemyśle. W 1862 r. Niemiecki chemik Friedrich Weler najpierw zsyntetyzował cząsteczkę tej substancji. Otrzymując węglik wapnia, przeprowadził on w następujący sposób. Naukowiec przygotował stopiony wapń cynkiem, a następnie ogrzał go węglem. Rezultatem jest węglik. Wzór chemiczny związku to CaC 2 . Przemysłową metodę produkcji węglika zaproponował naukowiec Moissan w 1892 roku. Inne nazwy substancji to acetylid wapnia lub węglan wapnia. Struktura krystaliczna związku jest następująca:
Właściwości fizyczne
Zgodnie z jego właściwościami fizycznymi, węglik wapnia jest substancją krystaliczną o temperaturze topnienia 2300 o C. Liczba ta jest ważna tylko dla czystych związków. Zanieczyszczenia zawierające węgliki mogą mieć inne temperatury topnienia. Główny stan skupienia materii jest stały, a kolor zmienia się od szarego do brązowego.
Właściwości chemiczne
Węglik wapnia dobrze wchłania wodę. Procesowi temu towarzyszy reakcja rozkładu chemicznego. Ważne jest, aby pył z węglika miał działanie drażniące na błony śluzowe, skórę i narządy oddechowe. Dlatego podczas pracy ze związkiem konieczne jest stosowanie masek przeciwgazowych lub respiratorów przeciwpyłowych. Węglik wapnia wchodzi w reakcję z tlenem w wysokiej temperaturze, aby utworzyć węglan wapnia. Reakcja z azotem prowadzi do syntezy cyjanamidu wapnia. Również w wysokich temperaturach węglik wapnia reaguje z chlorem, fosforem i arsenem. Ale nadal jedną z najważniejszych właściwości związku jest rozkład przez wodę.
Pierwsze
Wytwarzanie węglika wapnia jest następujące. Wapno palone i wstępnie rozdrobniony koks są zmieszane. Uzyskaną mieszaninę topi się w piecach elektrycznych. Koks i tlenek wapnia są brane w równych częściach wagowych. Proces zachodzi w temperaturze 1900 ° C. Stopiony materiał opuszcza piec, a następnie wylewa się go do specjalnych postaci. Następnie już utwardzony węglik wapnia jest kruszony i sortowany zgodnie z rozmiarem kawałków. Granulki substancji są podzielone na cztery frakcje zgodnie z ich rozmiarami: 25 × 80, 15 × 25, 8 × 15, 2 × 8, które są określone przez GOST 1460-56. Ze względu na swój skład techniczny węglik wapnia zawiera 75-80% głównej substancji. Udział zanieczyszczeń, takich jak węgiel, wapno i inne, stanowi do 25% całkowitej masy mieszanki. Ponadto siarczek i fosforek wapnia zawarte w węgliku technicznym powodują dość nieprzyjemny zapach. Wyobraź sobie reakcję otrzymywania CaC 2 : CaO + 3C → CaC 2 + CO ↑. Powstawaniu acetylku wapnia towarzyszy absorpcja ciepła. Dlatego logiczne jest założenie, że reakcja jego rozkładu, przeciwnie, idzie w parze z uwolnieniem energii.
Transport i przechowywanie
Z uwagi na to, że wilgoć natychmiast rozkłada węglik przy uwalnianiu dużej ilości ciepła i powstawaniu wybuchowego acetylenu, substancja musi być przechowywana w hermetycznie zamkniętych beczkach lub puszkach. Należy pamiętać, że acetylen jest lżejszy od powietrza i może gromadzić się w górnej części pomieszczenia. Ten gaz, oprócz działania narkotycznego, ma zdolność samozapłonu. Dlatego konieczne jest stosowanie węglika wapnia z dużą ostrożnością. Szczególną uwagę poświęcono opakowaniom produkcyjnym. Gotową substancję umieszcza się w specjalnych bębnach (pojemniku przypominającym puszki). Takie opakowanie wymaga ostrożnego otwierania. Należy użyć narzędzia, które nie prowadzi do powstawania iskier (młotek lub specjalny nóż). W przypadku węglika na skórze lub błonach śluzowych należy natychmiast umyć dotknięty obszar wodą i zająć się wazeliną lub kremem tłuszczowym. Transport połączenia odbywa się za pomocą tylko pokryte rodzaje transportu. Dostarczanie węglika w powietrzu jest zabronione. Pomieszczenia, w których przechowywany jest CaC 2, powinny być dobrze wentylowane. Nie wolno również przechowywać węglika razem z innymi chemikaliami. Może to prowadzić do niepożądanych i być może niebezpiecznych reakcji. Okres trwałości węglika wynosi sześć miesięcy.
Aplikacja
Zakres węglika wapnia jest niezwykle szeroki. Przede wszystkim jest to synteza przemysłowa. Węglik wapnia stosuje się do produkcji kauczuku syntetycznego, kwasu octowego, acetonu, etylenu, chlorku winylu, styrenu. Znajduje również zastosowanie przy wytwarzaniu cyjanamidu wapnia. Substancja ta jest cenna ze względu na jej zastosowanie w syntezie różnych nawozów i substancji cyjankowych. W rolnictwie każdy agronom zna taką nazwę, jak regulator węglika-karbamidu. Służy do regulowania wzrostu roślin. A do jej uzyskania używany jest również węglik wapnia. Ponadto związek ten jest stosowany do wytwarzania cyjanamidu wapnia. Ta reakcja opiera się na ogrzewaniu węglika wapnia za pomocą azotu. Odzyskanie metale alkaliczne również nie bez użycia opisanej przez nas substancji. Węglik wapnia stosuje się w procesie spawania gazowego. Na przykład lampy z węglików są szeroko stosowane. Zasada ich działania opiera się na oddziaływaniu w specjalnym pojemniku z węglikiem z wodą i spalaniu na wylocie aparatu końcowej substancji reakcji - acetylenu. Spójrz na zdjęcie lampy z węglika spiekanego.
Produkcja acetylenu
Jednym z najważniejszych zastosowań węglika wapnia jest jego zastosowanie do produkcji acetylenu. Uznanie dla odkrycia tej metody należy również do niemieckiego chemika Friedricha Vehlera. Podstawą tego procesu przemysłowego jest reakcja rozkładu węgliku pod wpływem wody. CaC 2 + 2 H 2 O → C 2 H 2 + Ca (OH) 2 ↓. Przy wyjściu tworzy się acetylen wapno hydratyzowane, wytrącony. Procesowi towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła. Objętość gazu na wylocie zależy od tego, jak czysty jest węglik wapnia stosowany w reakcji. Wytworzony w ten sposób acetyl może mieć inną objętość - 1 kg początkowej substancji może dać od 235 do 290 litrów gazu. Jeśli chodzi o szybkość reakcji, zależy to zarówno od niewielkiego procentu zanieczyszczeń w węgliku wapnia, jak i od temperatury wody, a także od jego czystości. Jeśli weźmiemy pod uwagę teoretyczną reakcję wytwarzania acetylenu z węglika, wystarczy 560 ml wody na 1 kg węglika. Jednak w praktyce zwiększa się objętość wody dla reakcji. Na 1 kg węglika wapnia w warunkach syntezy przemysłowej potrzeba od 5 do 20 litrów wody. Ta ilość jest konieczna, aby zapewnić lepsze chłodzenie acetylenu, a także zapewnić optymalne bezpieczeństwo podczas pracy. Poniżej znajduje się niemiecki chemik Friedrich Veler.
Doświadczenie w laboratorium acetylenowym
Wiele lekcji chemii w szkole zna reakcję interakcji węglik-woda. Zazwyczaj to doświadczenie pozwala nam zademonstrować reakcję na acetylen, a także jego właściwości fizyczne i chemiczne. W tym samym czasie proces wydzielania gazu zachodzi dość energicznie, więc rurka odprowadzająca acetylen z kolby substancjami czynnymi jest umieszczana w misce z wodą. Zapewnia to mniej aktywny i szybki ruch gazu. Ponadto w laboratorium można zastosować inny sposób, aby nie za gwałtownie reagować z rozkładem takich związków jak węglik. Acetylen w tym przypadku idzie równomiernie i spokojnie. Aby to zrobić, zamiast wody, musisz wziąć nasycony roztwór soli. Również podczas przeprowadzania tej reakcji w laboratorium należy ostrożnie dodawać wodę do węglika umieszczonego w kolbie pomiarowej, a nie odwrotnie.