Карбід кальцію

У результаті взаємодії вуглецю з металами при високих температурахполучаются карбіди. Наприклад, карбід кальцію: Ca + 2C - CaC2. З усіх карбідів він має найбільше практичне значення. Чистий CaC2 - добре кристалізується тверда речовина, безбарвні кристали утворені іонами Ca2 + і C2-. Інші його назви - ацетіленід кальцію або вуглецевий кальцій. Молярна маса дорівнює 64,1 г / моль. Він не летуч і не розчинний ні в одному з відомих розчинників, а під дією води розкладається. Щільність його становить 2,22 г / смsup3-. Температура плавлення дорівнює 2160 ° С, а кипіння - 2300 ° С. За ступенем впливу на організм відноситься до речовин надзвичайно небезпечним (1-й клас небезпеки).

Вперше ацетіленід кальцію був отриманий в 1862 році німецьким хіміком Фрідріхом Велером при нагріванні з вугіллям сплаву з цинку і кальцію. Їм же була описана реакція вуглецевого кальцію з H2O. Навіть з її слідами (наприклад, з атмосферною вологою) карбід кальцію реагує енергійно, з виділенням великої кількості тепла. Але в разі нестачі води може відбутися самозаймання утворюється ацетилену. Карбід кальцію бурхливо взаємодіє з розведеними неорганічними кислотами і водними розчинами лугів. При цьому також відбувається виділення ацетилену. Будучи сильним відновником, CaC2 здатний відновлювати всі оксиди металів до карбідів або чистих металів.

Отримання карбіду кальцію зручніше не з самого кальцію, а його оксиду. При високій температурі (від 2000 до 2300 ° С) відбувається його відновлення. При цьому метал і вуглець з`єднуються: CaO + 3C - CO ^ + CaC2. Процес протікає в електродугової печі, де розжарюють суміш негашеного вапна і коксу або антрациту. Технічний продукт забарвлений, має сіруватий колір, тому що містить домішки у вигляді вільного вуглецю, окису, а також сульфіду, фосфіду кальцію та інших хімічних сполук. Масова частка CaC2 в ньому становить 80-85%.

При взаємодії карбідів з водою виділяється або метал, або ацетилен. За другим варіантом з водою реагує карбід кальцію. Ацетилен, отриманий в результаті реакції, яка має промислове значення: 2H2O + CaC2 - C2H2 + Ca (OH) 2, є технічним і має неприємний запах, тому що містить ряд домішок (NH3, H2S, PH3 та інші). Хоча в чистому вигляді він є безбарвним газом з характерним слабеньким запахом, і він досить добре розчиняється у воді. Має велике значення для отримання цианамида кальцію (є сировиною у виробництві ціаністих з`єднань або застосовується як добриво) з карбіду взаємодією його з азотом по рівняння реакції: N2 + CaC2 - CaCN2 + C.

У минулому CaC2 широко використовувався в карбідних лампах, де служив джерелом ацетиленового полум`я. В даний час застосування такого джерела світла обмежується в основному спелеологією, його використовують також в Бакен і маяках. Інші важливі напрямки застосування CaC2 - це хімічні технології, де він є сировиною. Наприклад, у виробництві продуктів органічного синтезу, головним з них є каучук синтетичний. Також з вуглецевого кальцію отримують ацетиленову сажу, вінілхлорид, оцтову кислоту, акрилонитрил, етилен, ацетон, штучні смоли, стирол. У металургії служить для розкислення металів і десульфурації (зниження вмісту кисню і сірки відповідно). Карбід кальцію використовують для виготовлення регулятора росту рослин, порошкового карбідного реагенту (ацетиленовий зварювання).

Отримання кожної тонни CaC2 вимагає приблизно 3000 квт / год електроенергії. Тому воно виправдане при наявності низьких цін на неї. Проте в цілому світове виробництво вуглецевого кальцію зростає. Якщо в 70-х роках попереднього століття щорічно вироблялося до 5 мільйонів тонн, то в нашому столітті ця кількість зросла приблизно вдвічі. Так, в Китаї виробництво ацетилену на основі карбіду кальцію є основним джерелом сировини для хімічної промисловості, зокрема, для виробництва полівінілхлориду. Отримання ацетилену зі своєї сировини економічніше, ніж при використанні імпортної нафти. Тому виробництво його в Китаї зростає. У 2005 році воно досягало 8940000 тонн, і була реальна можливість випускати 17 мільйон тонн.

На відміну від Китаю, в США, Європі та Японії споживання вуглецевого кальцію, як правило, знижується. Рівень його виробництва в США в 90-х роках становив всього 236 тисяч тонн на рік. У нашій країні карбід кальцію випускають за технічними умовами, викладеними в ГОСТ 1460-81. Основні його споживачі - це Україна, Узбекистан, Румунія і Словаччина. Через високої енергоємності продукту і у зв`язку із зростанням цін на електроенергію споживання ацетіленід кальцію в Росії і країнах-експортерах знизилося вдвічі.