stringtranslate.com

Оксид кальция

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).
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]

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, чтобы воспламенить горючие материалы. [29] [ нужен 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.; Хунг, Юнг-Це; Шаммас, Назих К. (ред.), «Известковая кальцинация», Передовые физико-химические технологии обработки , Справочник по инженерной охране окружающей среды, т. 5, Тотова, Нью-Джерси: Humana Press, стр. 611–633, doi :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 жизнеописания
  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 )

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Оксид кальция .