CaCO3; CaC2 уравнение реакции

CaCO3 -> CaC2 уравнение реакции

Составьте химическое уравнение по схеме CaCO3 -> CaC2. Укажите основные физические и химические свойства карбоната кальция. Приведите способы получения этого вещества.

Карбонат кальция в обычных условиях представляет собой вещество белого цвета, которое при прокаливании разлагается, однако плавится без разложения (условие – избыточное давление ) в температурном диапазоне :

Карбонат кальция практически не растворяется в воде. В водном растворе карбонат кальция подвергается сильному гидролизу по аниону. Наличие гидроксид-анионов свидетельствует о щелочном характере среды:

При взаимодействии карбоната кальция с коксом образуется карбид кальция и выделяется диоксид углерода (CaCO3 -> CaC2). Реакцию проводят при нагревании. Молекулярное уравнение реакции имеет вид:

Карбонат кальция взаимодействует с концентрированными растворами сильных минеральных кислот (1), а также с щелочами в водных растворах (2).

Взаимодействие карбоната кальция с другими солями возможно только если продукт взаимодействия выводится из реакционной среды. При нагревании данная соль разлагается.
Основной способ получения карбоната кальция заключается в смешивании твердого оксида кальция с водой — образуется так называемое известковое молоко. Так как гидроксид кальция немного растворяется в воде, то после отфильтровывания известкового молока получается прозрачный раствор – известковая вода, которая мутнеет при пропускании через неё диоксида углерода.

Кальций углекислый (карбонат кальция)

Карбонат кальция купить по выгодной цене оптом и в розницу в Екатеринбурге из наличия на складе компании «Химпродукция». Вы всегда можете уточнить актуальные цены, условия доставки, обратившись к менеджерам компании по телефону +7 (343) 278-65-36 или на почту chemical@himprod.ru.

Наши менеджеры проконсультируют вас по доступным способам оплаты и уточнят актуальные сроки доставки по Свердловской области и в другие регионы России.

Применение

Карбонат кальция применяется:

• в кабельной промышленности для изготовления резиновых оболочек, изолирующих токоведущие части;
• в лакокрасочной промышленности для изготовления масляных и водоэмульсионных красок высокого качества;
• в парфюмерии (при изготовлении зубных паст, зубного порошка и пр.);
• для изготовления различных типов бумаги.
• в производстве керамики для приготовления массы из глины, мела и красителей, для производства санитарно-гигиенических изделий ;
• в производстве цветной полиэтиленовой пленки толщиной более 100 мкр., которая используется для изготовления детских игрушек, надувных шаров и мячей, спасательных кругов, надувных лодок, товаров народного потребления (хозяйственные сумки, фартуки, проч.);
• в производстве резинотехнических изделий. Используется для изготовления рукавов и шлангов, транспортерных лент, текстропных ремней, масок для противогазов, медицинских принадлежностей (перчатки и т.д.);
• при приготовления детских питательных смесей (для пополнения кальция в организме);
• в электронной промышленности — для изготовления частей микросхем;
• в фармацевтике при изготовлении лекарственных препаратов.

В качестве реагента карбонат кальция применяется:

• для получения марочных вин (нейтрализации винной кислоты, присутствующей в виноградном соке);
• в фармацевтике для выращивания грибков пенициллинового ряда.

Технические характеристики

Физико-химические свойства

Хранение

Гарантийный срок хранения кальций карбоната — 2 года со дня изготовления.

Карбонат кальция

Карбонат кальция (углекислый кальций) — неорганическое химическое соединение, соль угольной кислоты и кальция. Химическая формула —

Очищенный от посторонних примесей, карбонат кальция широко используется в бумажной и пищевой промышленности, при производстве пластмасс, красок, резины, продукции бытовой химии, в строительстве. Производители бумаги используют карбонат кальция одновременно в качестве отбеливателя, наполнителя (заменяя им дорогостоящие волокна и красители), а также раскислителя. Производители стеклянной посуды, бутылок, стекловолокна используют карбонат кальция в огромных количествах в качестве источника кальция — одного из основных элементов, необходимых для производства стекла. Широко используется при производстве продукции личной гигиены (например, зубной пасты), и в медицинской промышленности. В пищевой промышленности часто используется в качестве антислеживающего агента и разделителя в сухих молочных продуктах. При употреблении сверх рекомендованной дозы (1,5 г в день) может вызывать молочно-щелочной синдром (синдром Бернетта). Рекомендован при болезнях костных тканей.

Производители пластмассы — одни из основных потребителей карбоната кальция (более 50 % всего потребления). Используемый в качестве наполнителя и красителя, карбонат кальция необходим при производстве поливинилхлорида (PVC), полиэфирных волокон (кримплен, лавсан, и т. п.), полиолефинов. Изделия из данных видов пластмасс распространены повсеместно — это трубы, сантехника, кафельная плитка, черепица, линолеум, ковровые покрытия, и т. п. Карбонат кальция составляет порядка 20 % красящего пигмента, используемого при производстве красок.

Строительство

Строительство — еще один из основных потребителей карбоната кальция. Шпатлевки, различные герметики — все они содержат карбонат кальция в значительных количествах. Также, карбонат кальция является важнейшим составным элементом при производстве продукции бытовой химии — средств для чистки сантехники, кремов для обуви.

Карбонат кальция также широко используется в очистительных системах, как средство борьбы с загрязнением окружающей среды, при помощи карбоната кальция восстанавливают кислотно-щелочной баланс почвы.

Нахождение в природе

Карбонат кальция находится в минералах в виде полиморфов:

Тригональная кристаллическая структура кальцита является наиболее распространенной.

Химия твердого топлива, 2019, № 5, стр. 58-62

Установлено, что смещение равновесия в сторону образования карбида кальция для системы графит–оксид кальция можно наблюдать при температуре 900°С, что обусловлено образованием летучего вещества – оксида углерода (II). Максимум разложения карбоната кальция при добавлении антрацита снижается с 813 до 780°С, эндотермический эффект образования карбида кальция проявляется в области 1350°С. Для смеси хлорида кальция с антрацитом или графитом в стехиометрических количествах при 1100°С наблюдали образование карбида кальция и четыреххлористого углерода. Образование карбида кальция подтверждено химическими реакциями продуктов пиролиза с водой (выделение ацетилена) и расчетами потери массы термогравиметрической кривой.

ВВЕДЕНИЕ

Углерод образует большое количество модификаций, отличающихся по надмолекулярной структуре, строению, величинам энергий связи между атомами. Так, высказано предположение, что углерод может образовать напряженные молекулярные структуры с общей формулой С_n, которые достаточно устойчивы и могут существовать длительное время без изменений, что показано методами молекулярного моделирования [1, 2]. В напряженных формах углерода энтальпия образования больше нуля и может достигать величин 11 – 33 кДж/кг. Энергия, выделяющаяся при переходе напряженного углерода в стабильную фазу графита, значительна, по удельным энергетическим характеристикам напряженный углерод может конкурировать с системами водородной энергетики.

Основная задача создания технологии напряженного углерода – разработка методов его получения, но в технологии напряженного углерода не решены фундаментальные проблемы, такие как стабилизация напряженных углеродных модификаций, определение условий, при которых происходит изменение орбитальной симметрии в процессе превращения веществ. Несмотря на термодинамическую неустойчивость напряженного углерода, некоторые соединения могут быть достаточно стабильны, так как при переходе в наиболее выгодное энергетическое состояние не всегда сохраняется орбитальная симметрия электронных состояний. Еще в 1965 г. Р. Вудворд и Р. Хоффман подтвердили гипотезу, что реакция протекает легко, когда существует соответствие между характеристиками орбитальной симметрии реагентов и продуктов реакции [3]. Если такого соответствия нет, реакция идет с трудом, что важно для кинетики превращения напряженного углерода в графит. Принцип можно сформулировать для синхронных процессов: как правило, в синхронных реакциях сохраняется орбитальная симметрия молекулярных связей. Синтезируя напряженный углерод, содержащий тройные связи, происходит изменение типа гибридизации, что сказывается на энергии химической связи углерод–углерод (графит – тип гибридизации sp 2 , напряженный углерод – тип гибридизации sp). Например, для аллотропной модификации углерода–алмаза при температуре более 2100 K превращение в графит происходит за секунды. Алмаз является термодинамически нестабильным соединением, но устойчив в стандартных условиях [4].

В карбиде кальция связь между атомами углерода напряжена, поэтому авторы статьи поставили своей целью выявление закономерностей взаимодействия графита, антрацита с солями кальция CaCl₂, CaCO₃ при температурах до 1400°С. Указанные закономерности обусловлены изменением параметров орбитальной симметрии атомов углерода, что можно использовать в технологии напряженного углерода, синтезируемого через карбиды металлов. Более того, переходные формы углерода, классификация которых предложена в [5], находят широкое применение во многих технологических процессах, в частности в технологии получения карбидов при взаимодействии угля (антрацита), другого углеродного вещества с металлами или оксидами. Работа актуальна и для совершенствования технологии карбида кальция. Несмотря на то, что технология карбида кальция достаточно исследована, оптимизация технологического процесса, расширение сырьевой базы углеродных веществ являются важными направлениями. Карбид кальция – это сырье для производства ацетиленовой сажи, продуктов органического синтеза, применяется в металлургии, сельском хозяйстве при производстве регулятора роста растений, объемы его производства растут ежегодно.

Термическая обработка углеродных веществ и изменение энергии связи между атомами углерода при синтезе карбидов. Как правило, первичная стадия технологии карбидов связана с термической обработкой углеродных веществ, поэтому процессы, протекающие при высокой температуре углеродных веществ (антрацита), имеют большое значение. Пиролиз углей достаточно хорошо исследован, обзор по пиролизу углей, начиная с 30-х годов прошлого столетия, выполнен Т.А. Кухаренко [6]. Автор ссылается на работы Райли, Ван-Кревелена, Уиллера (H.L. Riley, D.W. van Krevelen, R.V. Wheeller), в которых исследован пиролиз углей в вакууме. Термический анализ донецких углей впервые выполнен в [7], где показано, что антрациты имеют достаточно монотонные дифференциальные кривые, а выход летучих заканчивается при температуре 850–900°С. Следует отметить, что измерения, выполненные в раннем периоде развития термогравиметрического метода анализа, не проводились в атмосфере инертных газов и в режиме дифференциально-сканирующей калориметрии.

Разработаны различные технологии карбидов металлов, различающихся структурой, количеством примесей [8]. Так, в дуговом разряде с графитовыми электродами можно получать карбиды кальция, железа, кремния, титана, вольфрама [9]. Карбид кремния высокой чистоты получают термическим разложением полиметилсилана в атмосфере инертного газа аргона при относительно невысоких температурах [10, 11]. Для получения карбида кремния высокой чистоты применяют ацетилен и кремний [12, 13].

Физические и химические свойства карбидов исследованы и систематизированы по различным признакам. Все структурные типы карбидов разделяют на четыре группы в соответствии с расположением атомов углерода в кристаллической решетке – карбиды с изолированными атомами углерода, изолированными парами атомов углерода, цепями из атомов углерода, сетками из атомов углерода [14]. В отдельных случаях карбиды классифицируют по химическим свойствам в реакциях взаимодействия с водой – если в процессе реакции выделяется ацетилен, то их рассматривают как продукты замещения атомов водорода в ацетилене (карбиды щелочноземельных металлов). При выделении метана (карбиды бериллия и алюминия) – это продукты замещения атомов водорода в метане. Для карбидов редкоземельных элементов характерны реакции с выделением смеси углеводородов, а при взаимодействии карбида магния с водой образуется метилацетилен [15]. Как указано, классификация карбидов должна отражать характер химических связей, но в большинстве работ отсутствуют параметры, связанные с орбитальной симметрией химических связей, отражающих возможность получения и устойчивость напряженных структур углерода. Например, при синтезе карбида кальция из графита и оксида кальция между атомами углерода образуются напряженные тройные связи, что сказывается на энтальпии образования соединений (рис. 1). Сравнивая энтальпии образования различных карбидов – BeC₂, Аl₃C₄, MgC₂, CaC₂, BaC₂, равные –240; –196; –88; –59; –51 кДж/моль, соответственно [14], можно отметить, что в соединениях с напряженной тройной химической связью между атомами углерода энтальпия образования выше, чем в соединениях, которые можно рассматривать как продукты замещения атомов водорода в метане. Энтальпии образования метана и ацетилена соответственно –74.85; +226.75 кДж/моль [16]. В метане реализовано состояние с наименьшей энергией химических связей, соответствующих sp 3 -гибридизации электронного облака атома углерода. Следовательно, если химическая связь между атомами углерода напряжена, то энтальпия образования карбидов металлов увеличивается, что можно использовать в дальнейшем в технологии получения напряженного углерода.

Рис. 1.

Схема образования тетрагональной ячейки карбида кальция (тип CaC₂) из кристалла оксида кальция (кубическая гранецентрированная решетка) и графита.

ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, АППАРАТУРА

Для проведения измерений применяли синхронный термический анализатор “STA 449 F1 Jupiter” с разрешением сигнала по гравиметрии (ТГ) 0.025 мкг. Измерения проводили в атмосфере аргона в режиме дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК). Скорость нагрева образцов составляла 10 град/мин. Перед основным измерением снимали кривые коррекции – ДСК и ТГ, при измерении которых в держателе образца находился тигель без вещества. В качестве объектов исследования использовали спектральный графит С-3 с содержанием углерода более 99%, ТУ 3497-001-51046676-2008(ООО “НПО Графит гарант”) [17], антрацит с зольностью 4.0% ( табл. 1, 2). Карбонат кальция, хлорид кальция использовали квалификации “химический чистый”.