Оксид кальция
Химическое соединение кальция
Оксид кальция
Оксид кальция
Ионная кристаллическая структура оксида кальция
  Са 2+   О 2-

Образец порошка белого оксида кальция
Имена
Название ИЮПАК
Оксид кальция
Другие имена
  • Лайм
  • Негашеная известь
  • Жженая известь
  • Негашеная известь
  • Бесплатная известь (строительная)
  • каустическая известь
  • Галька известь
  • Кальция
  • Оксид кальция
Идентификаторы
  • 1305-78-8
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ЧЭБИ
  • ЧЕБИ:31344
ChEMBL
  • ChEMBL2104397
ChemSpider
  • 14095
Информационная карта ECHA100.013.763
Номер ЕС
  • 215-138-9
Номер EE529 (регуляторы кислотности, ...)
485425
КЕГГ
  • С13140
CID PubChem
  • 14778
Номер RTECS
  • EW3100000
УНИИ
  • C7X2M0VVNH
Номер ООН1910
  • DTXSID5029631
  • InChI=1S/Ca.O
    Ключ: ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N
  • InChI=1/Ca.O/rCaO/c1-2
    Ключ: ODINCKMPIJJUCX-BFMVISLHAU
  • О=[Ca]
Характеристики
СаО
Молярная масса56,0774  г/моль
ПоявлениеПорошок от белого до бледно-желтого/коричневого цвета
ЗапахБез запаха
Плотность3,34  г/см 3 [1]
Температура плавления2613 °C (4735 °F; 2886 K) [1]
Точка кипения2850 °C (5160 °F; 3120 K) (100 гПа ) [2] 
Реагирует с образованием гидроксида кальция
Растворимость в метанолеНерастворим (также в диэтиловом эфире , октаноле )
Кислотность ( pK a )12.8
−15,0×10−6 см  3 / моль
Структура
Кубический , cF8
Термохимия
40 Дж·моль −1 ·К −1 [3]
−635 кДж·моль −1 [3]
Фармакология
QP53AX18 ( ВОЗ )
Опасности
Маркировка СГС :
GHS05: КоррозионныйGHS07: Восклицательный знак
Опасность
Н302 , Н314 , Н315 , Н335
Р260 , Р261 , Р264 , Р270 , Р271 , Р280 , Р301+Р312 , Р301+Р330+Р331 , Р302+Р352 , Р303+Р361+Р353 , Р304+Р340 , Р305+Р351+Р338 , Р310 , Р312 , Р321 , Р330 , Р332+Р313 , Р362 , Р363 , Р403+Р233 , Р405 , Р501
NFPA 704 (огненный алмаз)
Четырехцветный бриллиант NFPA 704Health 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g. chlorine gasFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g. white phosphorusSpecial hazard W: Reacts with water in an unusual or dangerous manner. E.g. sodium, sulfuric acid
3
0
2
Вт
точка возгоранияНегорючий [4]
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (допустимый)
Средневзвешенная по времени концентрация 5  мг/м 3 [4]
ОТВ (рекомендуется)
Средневзвешенная по времени концентрация 2  мг/м 3 [4]
IDLH (Непосредственная опасность)
25  мг/м 3 [4]
Паспорт безопасности (SDS)МКХС 0409
Родственные соединения
Другие анионы
Другие катионы
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
Химическое соединение

Оксид кальция ( формула : Ca O ), обычно известный как негашеная известь или жженая известь , является широко используемым химическим соединением . Это белое, едкое , щелочное , кристаллическое твердое вещество при комнатной температуре . Широко используемый термин известь подразумевает содержащие кальций неорганические соединения , в которых преобладают карбонаты , оксиды и гидроксиды кальция, кремния , магния , алюминия и железа . Напротив, негашеная известь конкретно относится к единственному соединению оксида кальция. Оксид кальция, который выдерживает обработку, не вступая в реакцию в строительных продуктах , таких как цемент , называется свободной известью . [5]

Негашеная известь относительно недорога. И она, и ее химическое производное гидроксид кальция ( основным ангидридом которого является негашеная известь ) являются важными товарными химикатами.

Подготовка

Оксид кальция обычно производится путем термического разложения материалов, таких как известняк или ракушки , которые содержат карбонат кальция (CaCO 3 ; минерал кальцит ) в известковой печи . Это достигается путем нагревания материала до температуры выше 825 °C (1517 °F), [6] [7] процесс, называемый кальцинированием или обжигом извести , для высвобождения молекулы диоксида углерода (CO 2 ), оставляя негашеную известь. Это также одна из немногих химических реакций, известных в доисторические времена. [8]

CaCO 3 (тв) → CaO(тв) + CO 2 (г)

Негашеная известь нестабильна и при охлаждении будет спонтанно реагировать с CO2 из воздуха, пока через некоторое время она полностью не превратится обратно в карбонат кальция, если ее не погасить водой до состояния известковой штукатурки или известкового раствора .

Ежегодное мировое производство негашеной извести составляет около 283 миллионов тонн. Китай является крупнейшим в мире производителем, с общим объемом около 170 миллионов тонн в год. Соединенные Штаты являются следующими по величине, с приблизительно 20 миллионами тонн в год. [9]

 На 1,0 т негашеной извести требуется около 1,8 т известняка  . Негашеная известь имеет высокое сродство к воде и является более эффективным осушителем, чем силикагель . Реакция негашеной извести с водой связана с увеличением объема не менее чем в 2,5 раза. [10]

Содержание свободного CaO в гидроксиапатите увеличивается с повышением температуры прокалки и увеличением времени. Он также определяет конкретные температурные пороги и длительность, которые влияют на производство CaO, предлагая информацию о том, как параметры прокалки влияют на состав материала.

Использует

Демонстрация гашения негашеной извести как сильно экзотермической реакции. Капли воды добавляются к кускам негашеной извести. Через некоторое время происходит ярко выраженная экзотермическая реакция («гашение извести»). Температура может достигать примерно 300 °C (572 °F).
  • Основное применение негашеной извести — в процессе кислородного производства стали (BOS). Ее использование варьируется от 30 до 50 килограммов (65–110 фунтов) на тонну стали. Негашеная известь нейтрализует кислотные оксиды, SiO 2 , Al 2 O 3 и Fe 2 O 3 , для получения основного расплавленного шлака. [10]
  • Молотая негашеная известь используется в производстве ячеистого бетона , например, блоков с плотностью около 0,6–1,0 г/см 3 (9,8–16,4 г/куб. дюйм). [10]
  • Негашеная и гашеная известь могут значительно увеличить несущую способность глиносодержащих почв. Они делают это, реагируя с тонкодисперсным кремнеземом и глиноземом, образуя силикаты и алюминаты кальция, которые обладают цементирующими свойствами. [10]
  • Небольшие количества негашеной извести используются в других процессах, например, при производстве стекла, цемента на основе алюмината кальция и органических химикатов. [10]
  • Тепло: Негашеная известь выделяет тепловую энергию путем образования гидрата, гидроксида кальция , по следующему уравнению: [11]
CaO (тв) + H 2 O (ж) ⇌ Ca(OH) 2 (водн.) (ΔH r = −63,7  кДж/моль CaO)
По мере гидратации происходит экзотермическая реакция, и твердое вещество раздувается. Гидрат можно перевести в негашеную известь, удалив воду путем нагревания ее до красноты, чтобы обратить реакцию гидратации. Один литр воды соединяется с приблизительно 3,1 килограммами (6,8 фунта) негашеной извести, чтобы получить гидроксид кальция плюс 3,54  МДж энергии. Этот процесс можно использовать для обеспечения удобного портативного источника тепла, например, для разогрева пищи на месте в самонагревающейся банке , приготовления пищи и нагрева воды без открытого огня. Несколько компаний продают наборы для приготовления пищи, использующие этот метод нагрева. [12]
  • Он известен как пищевая добавка ФАО как регулятор кислотности, средство для обработки муки и разрыхлитель. [ 13] Он имеет номер E529 .
  • Свет: Когда негашеная известь нагревается до 2400 °C (4350 °F), она испускает интенсивное свечение. Эта форма освещения известна как свет рампы и широко использовалась в театральных постановках до изобретения электрического освещения. [14]
  • Цемент: Оксид кальция является ключевым ингредиентом в процессе производства цемента .
  • Как дешевая и широкодоступная щелочь. Около 50% от общего объема производства негашеной извести перед использованием преобразуется в гидроксид кальция . Как негашеная, так и гашеная известь используются для очистки питьевой воды. [10]
  • Нефтяная промышленность: Пасты для обнаружения воды содержат смесь оксида кальция и фенолфталеина . Если эта паста вступает в контакт с водой в топливном баке, CaO реагирует с водой, образуя гидроксид кальция. Гидроксид кальция имеет достаточно высокий pH, чтобы придать фенолфталеину яркий пурпурно-розовый цвет, что указывает на присутствие воды.
  • Бумага: Оксид кальция используется для регенерации гидроксида натрия из карбоната натрия в процессе химической регенерации на заводах по производству крафт-целлюлозы.
  • Штукатурка: существуют археологические свидетельства того, что люди докерамического неолита B использовали штукатурку на основе известняка для пола и других целей. [15] [16] [17] Такие полы из известняка и золы использовались до конца девятнадцатого века.
  • Химическое или энергетическое производство: твердые аэрозоли или суспензии оксида кальция могут использоваться для удаления диоксида серы из выхлопных газов в процессе, называемом десульфуризацией дымовых газов .
  • Улавливание и хранение углерода : оксид кальция может использоваться для улавливания углекислого газа из дымовых газов в процессе, называемом кальциевой петлей .
  • Добыча полезных ископаемых: сжатые известковые патроны используют экзотермические свойства негашеной извести для разрушения породы. В породе бурится скважина обычным способом, в нее помещается и утрамбовывается герметичный патрон негашеной извести. Затем в патрон впрыскивается некоторое количество воды, и в результате выделяется пар вместе с большим объемом остаточного гидратированного твердого вещества, разрушающего породу. Этот метод не работает, если порода особенно твердая. [18] [19] [20]
  • Утилизация трупов: Исторически ошибочно считалось, что негашеная известь эффективна для ускорения разложения трупов. Применение негашеной извести может, на самом деле, способствовать сохранению. Негашеная известь может помочь в уничтожении зловония разложения, что могло привести людей к ошибочному выводу. [21]
  • Было установлено, что долговечность древнеримского бетона частично объясняется использованием негашеной извести в качестве ингредиента. В сочетании с горячим смешиванием негашеная известь создает макроразмерные обломки извести с характерно хрупкой архитектурой наночастиц. По мере образования трещин в бетоне они преимущественно проходят через структурно более слабые обломки извести, разрушая их. Когда вода попадает в эти трещины, она создает насыщенный кальцием раствор, который может перекристаллизоваться в карбонат кальция, быстро заполняя трещину. [22]
  • Термохимический механизм хранения тепла в значительной степени зависит от спекания CaO и CaCO 3 . Это показывает, что материалы для хранения становятся менее реактивными и более плотными при повышении температуры. Это также определяет конкретные процессы спекания и переменные, влияющие на эффективность этих материалов в хранении тепла.

Оружие

В 80 г. до н. э. римский полководец Серторий применил удушающие облака едкого известкового порошка, чтобы победить харацитанов из Испании , которые укрылись в недоступных пещерах. [23] Подобная пыль использовалась в Китае для подавления вооруженного крестьянского восстания в 178 г. н. э., когда известковые колесницы, оснащенные мехами, выдували известковый порошок в толпу. [24]

Негашеная известь также считается компонентом греческого огня . При контакте с водой негашеная известь повышает свою температуру выше 150 °C (302 °F) и воспламеняет топливо. [25]

Дэвид Хьюм в своей «Истории Англии» рассказывает, что в начале правления Генриха III английский флот уничтожил вторгшийся французский флот, ослепив вражеский флот негашеной известью. [26] Негашеная известь могла использоваться в средневековой морской войне — вплоть до использования «известковых растворов» для метания ее во вражеские корабли. [27]

Заменители

Известняк является заменителем извести во многих областях применения, включая сельское хозяйство, флюсование и удаление серы. Известняк, который содержит меньше реактивного материала, реагирует медленнее и может иметь другие недостатки по сравнению с известью, в зависимости от области применения; однако известняк значительно дешевле извести. Кальцинированный гипс является альтернативным материалом в промышленных штукатурках и растворах. Цемент, пыль цементной печи, летучая зола и пыль известковой печи являются потенциальными заменителями для некоторых видов использования извести в строительстве. Гидроксид магния является заменителем извести для контроля pH, а оксид магния является заменителем доломитовой извести в качестве флюса в сталеплавильном производстве. [28]

Безопасность

Из-за бурной реакции негашеной извести с водой негашеная известь вызывает сильное раздражение при вдыхании или попадании на влажную кожу или в глаза. Вдыхание может вызвать кашель, чихание и затрудненное дыхание. Затем это может привести к ожогам с перфорацией носовой перегородки, болью в животе, тошнотой и рвотой. Хотя негашеная известь не считается пожароопасной, ее реакция с водой может выделить достаточно тепла для воспламенения горючих материалов. [29] [ требуется лучший источник ]

Минерал

Оксид кальция также является отдельным минеральным видом (с формулой CaO), называемым «Известь». [30] [31] Он имеет изометрическую кристаллическую систему и может образовывать ряд твердых растворов с монтепонитом . Кристалл хрупкий, пирометаморфический и нестабилен во влажном воздухе, быстро превращаясь в портландит (Ca(OH) 2 ). [32]

Ссылки

  1. ^ ab Haynes, William M., ред. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92-е изд.). Boca Raton, FL: CRC Press . стр. 4.55. ISBN 1-4398-5511-0.
  2. ^ Calciumoxide (Архивировано 2013-12-30 в Wayback Machine ). База данных GESTIS
  3. ^ ab Zumdahl, Steven S. (2009). Химические принципы 6-е изд . Houghton Mifflin Company. стр. A21. ISBN 978-0-618-94690-7.
  4. ^ abcd Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. "#0093". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  5. ^ "бесплатная известь". DictionaryOfConstruction.com. Архивировано из оригинала 2017-12-09.
  6. ^ Merck Index of Chemicals and Drugs, 9-е издание, монография, 1650 г.
  7. ^ Кумар, Гупта Судхир; Рамакришнан, Анушуя; Хунг, Юнг-Це (2007), Ван, Лоуренс К.; Хун, Юнг-Цзе; Шаммас, Назих К. (ред.), «Обжиг извести», Передовые технологии физико-химической обработки , Справочник по экологической инженерии, том. 5, Тотова, Нью-Джерси: Humana Press, стр. 611–633, номер документа : 10.1007/978-1-59745-173-4_14, ISBN. 978-1-58829-860-7, получено 2022-07-26
  8. ^ "Известь на протяжении всей истории | Lhoist - Минералы и производитель извести". Lhoist.com . Получено 10 марта 2022 г. .
  9. ^ Миллер, М. Майкл (2007). «Известь». Minerals Yearbook (PDF) . Геологическая служба США . стр. 43.13.
  10. ^ abcdef Тони Оутс (2007), «Известь и известняк», Энциклопедия промышленной химии Ульмана (7-е изд.), Wiley, стр. 1–32, doi :10.1002/14356007.a15_317, ISBN 978-3527306732
  11. ^ Колли, Роберт Л. «Система солнечного отопления» Патент США 3,955,554, выданный 11 мая 1976 г.
  12. ^ Греттон, Лел. "Сила лайма для приготовления пищи - от средневековых горшков до банок 21-го века". Old & Interesting . Получено 13 февраля 2018 г.
  13. ^ «Сводка соединений для CID 14778 — Оксид кальция». PubChem.
  14. ^ Грей, Теодор (сентябрь 2007 г.). "Limelight in the Limelight". Popular Science : 84. Архивировано из оригинала 2008-10-13 . Получено 2009-03-31 .
  15. ↑ Тель-Авивский университет (9 августа 2012 г.). «Неолитический человек: первый лесоруб?». phys.org . Получено 2023-02-02 .
  16. ^ Карканас, П.; Стратули, Г. (2011). «Неолитические известковые оштукатуренные полы в пещере Дракайна, остров Кефалония, Западная Греция: свидетельство значимости места». Ежегодник Британской школы в Афинах . 103 : 27–41. doi :10.1017/S006824540000006X. S2CID  129562287.
  17. ^ Коннелли, Эшли Николь (май 2012 г.) Анализ и интерпретация неолитических погребальных ритуалов Ближнего Востока с точки зрения общины Архивировано 09.03.2015 в Wayback Machine . Диссертация в Университете Бэйлора, Техас
  18. ^ Уокер, Томас А. (1888). Севернский туннель, его строительство и трудности. Лондон: Ричард Бентли и сын. стр. 92.
  19. ^ "Научные и промышленные заметки". Manchester Times . Манчестер, Англия: 8. 13 мая 1882 г.
  20. ↑ Патент США 255042, 14 марта 1882 г.
  21. ^ Schotsmans, Eline MJ; Denton, John; Dekeirsschieter, Jessica; Ivaneanu, Tatiana; Leentjes, Sarah; Janaway, Rob C.; Wilson, Andrew S. (апрель 2012 г.). «Влияние гашеной и негашеной извести на разложение захороненных человеческих останков с использованием трупов свиней в качестве аналогов человеческого тела». Forensic Science International . 217 (1–3): 50–59. doi :10.1016/j.forsciint.2011.09.025. hdl : 2268/107339 . PMID  22030481.
  22. ^ «Загадка решена: почему римский бетон был таким прочным?», MIT News , 6 января 2023 г.
  23. ^ Плутарх , «Серторий 17.1–7», Параллельные жизни
  24. ↑ Адриенна Майор (2005), «Древнее военное дело и токсикология», в книге Филиппа Векслера (ред.), Энциклопедия токсикологии , т. 4 (2-е изд.), Elsevier, стр. 117–121, ISBN 0-12-745354-7
  25. ^ Кродди, Эрик (2002). Химическая и биологическая война: всеобъемлющий обзор для заинтересованных граждан. Springer. стр. 128. ISBN 0-387-95076-1.
  26. ↑ Дэвид Юм (1756). История Англии. Т. I.
  27. ^ Sayers, W. (2006). «Использование негашеной извести в средневековой морской войне». The Mariner's Mirror . Том 92. Выпуск 3. С. 262–269.
  28. ^ "Lime" (PDF) . Prd-wret.s3-us-west-2.amazonaws.com . стр. 96. Архивировано из оригинала (PDF) 2021-12-19 . Получено 2022-03-10 .
  29. ^ Mallinckrodt Baker Inc. - Strategic Services Division (8 декабря 1996 г.). "Опасности". ww25.hazard.com . Архивировано из оригинала 1 мая 2012 г. Получено 2023-02-02 .{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  30. ^ "Список минералов". Ima-mineralogy.org . 21 марта 2011 г.
  31. ^ Fiquet, G.; Richet, P.; Montagnac, G. (декабрь 1999 г.). «Высокотемпературное тепловое расширение извести, периклаза, корунда и шпинели». Physics and Chemistry of Minerals . 27 (2): 103–111. Bibcode :1999PCM....27..103F. doi :10.1007/s002690050246. S2CID  93706828 . Получено 9 февраля 2023 г. .
  32. ^ Tian, ​​Lin, Yan, XK, SC, J., & Zhao, CY (2022). "Lime". Mindat.org . doi :10.1016/j.cej.2021.131229 . Получено 10 марта 2022 г. .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
На Викискладе есть медиафайлы по теме Оксид кальция .
  • Статистика и информация по извести от Геологической службы США
  • Факторы, влияющие на качество негашеной извести
  • Американский ученый (обсуждение датирования раствора методом 14С )
  • Химикат недели – Известь
  • Паспорт безопасности материала
  • CDC – Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Оксид_кальция&oldid=1257330897"