סידן קרביד (CAC2): מבנה, תכונות, ייצור, שימושים - כִּימִיָה - 2025

קרביד סידן הוא תרכובת אורגנית המורכבת של סידן אלמנטים (Ca) ופחמן (C). הנוסחה הכימית שלה היא CaC ₂ . זהו מוצק שיכול להיות חסר צבע עד לבן צהבהב או אפרפר, ואפילו שחור, תלוי בזיהומים שהוא מכיל.

אחת התגובות הכימיות החשובות ביותר של CaC ₂ היא זו המתרחשת עם מים H ₂ O, בה היא יוצרת אצטילן HC≡CH. מסיבה זו הוא משמש להשגת אצטילן באופן תעשייתי. בשל אותה תגובה עם מים, הוא משמש להבשלת פירות, בתותחי שווא ובבערבות ימיות.

סידן קרביד מוצק CaC ₂ . Ondřej Mangl / רשות הרבים. מקור: Wikimedia Commons.

התגובה של CaC ₂ עם מים מייצרת גם בוצה שימושית להכנת קלינקר (מרכיב של מלט), המייצר פחות פחמן דו חמצני (CO ₂ ) לעומת השיטה המסורתית לייצור מלט.

בעזרת חנקן (N ₂ ) נוצר סידן קרביד סידן ציאנמיד המשמש כדשן. CaC ₂ משמש גם להסרת גופרית מסגסוגות מתכת מסוימות.

לפני זמן מה נעשה שימוש ב- CaC ₂ במנורות קרביד מה שנקרא, אך אלה כבר לא נפוצים מכיוון שהם מסוכנים.

מִבְנֶה

סידן קרביד הוא תרכובת יונית ומורכבת מהיון הסידן Ca ²⁺ והקרביד או האצטיליד יון C ₂ ^2- . יון הקרביד מורכב משני אטומי פחמן שמצטרפים אליהם קשר משולש.

מבנה כימי של סידן קרביד. מחבר: Hellbus. מקור: Wikimedia Commons.

המבנה הגבישי של CAC ₂ נגזר אחד מהעוקב (כמו זו של נתרן כלורי NaCl), אבל כמו C ₂ ² היון מוארך המבנה מתעוותת והופך הטטרגונלית.

מִנוּחַ

• סידן קרביד
• סידן קרביד
• סידן אצטיליד

נכסים

מצב פיזי

מוצק גבישי שכאשר הוא טהור חסר צבע, אך אם הוא מזוהם בתרכובות אחרות הוא יכול להיות לבן-צהבהב או אפרפר-שחור.

סידן קרביד CaC ₂ עם זיהומים. Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). מקור: Wikimedia Commons.

משקל מולקולרי

64.0992 גרם / מול

נקודת המסה

2160 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

CaC ₂ מרתיח בטמפרטורה של 2300 מעלות צלזיוס עם פירוק. יש למדוד את נקודת הרתיחה תחת אטמוספרה אינרטית, כלומר ללא חמצן ולחות.

צְפִיפוּת

2.22 גרם / ס"מ ³

תכונות כימיות

סידן קרביד מגיב עם מים ליצירת אצטילן HC≡CH וסידן הידרוקסיד Ca (OH) ₂ :

CaC ₂ + 2 H ₂ O → HC≡CH + Ca (OH) ₂

אצטילן דליק, ולכן בנוכחות לחות CaC ₂ יכול להיות דליק. עם זאת, כאשר הוא יבש זה לא.

סידן קרביד CaC ₂ עם מים יוצר אצטילן HC≡CH, תרכובת דליקה. Kristina Kravets / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). מקור: Wikimedia Commons.

סידן קרביד מגיב עם חנקן N ₂ ויוצר סידן ציאנמיד CaCN ₂ :

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

להשיג

סידן קרביד מיוצר באופן תעשייתי בכבשן קשת חשמלי החל מתערובת של סידן פחמתי (CaCO ₃ ) ופחמן (C) הנתון לטמפרטורה של 2000 מעלות צלזיוס. התגובה מסוכמת כך:

CaCO ₃ + 3 C → CaC ₂ + CO ↑ + CO ₂ ↑

או גם:

CaO + 3 C → CaC ₂ + CO ↑

בתנור קשת חשמלי מופק קשת חשמל בין שתי אלקטרודות גרפיט, המתנגדות לטמפרטורות הגבוהות הנוצרות. מתקבלת קרביד סידן בטוהר של 80-85%.

יישומים

בייצור אצטילן

באופן תעשייתי, התגובה של סידן קרביד עם מים משמשת לייצור אצטילן C ₂ H ₂ .

CaC ₂ + 2 H ₂ O → HC≡CH + Ca (OH) ₂

זהו השימוש החשוב ביותר בסידן קרביד. במדינות מסוימות, אצטילן מוערך מאוד, מכיוון שהוא מאפשר ייצור של פוליוויניל כלוריד, שהוא סוג של פלסטיק. יתר על כן, אצטילן משמש לריתוך בטמפרטורות גבוהות.

להבת אצטילן HC≡CH לריתוך מתכות בטמפרטורות גבוהות מאוד. מחבר: Shutterbug75. מקור: Pixabay.

בהפחתת פליטות CO

השאריות המתקבלות מהשגת אצטילן החל מ- CaC ₂ (המכונה גם "בוצה סידן קרביד" או "שאריות סידן קרביד") משמשות להשגת קלינקר או בטון.

בוץ סידן קרביד בעל תכולה גבוהה של סידן הידרוקסיד (Ca (OH) ₂ ) (בערך 90%), חלק מהסידן פחמתי (CaCO ₃ ) ובעל רמת החומציות שלו עולה על 12.

ניתן להשתמש בשאריות סידן קרביד בפעילות הבנייה להכנת בטון, ובכך להפחית את ייצור ה- CO ₂ בענף זה. מחבר: Engin Akyurt. מקור: Pixabay.

מסיבות אלה הוא יכול להגיב עם SiO ₂ או Al ₂ O _3, ויוצר מוצר דומה לזה שמתקבל בתהליך הידרציה של הבטון.

אחת הפעילויות האנושיות שמייצרת את הפליטות הגבוהות ביותר של CO ₂ היא ענף הבנייה. CO ₂ נוצר על ידי שחרורו מהסידן פחמתי במהלך התגובה ליצירת בטון.

שימוש בבוצה של סידן קרביד להחלפת סידן פחמתי (CaCO ₃ ) נמצא כמפחית את פליטת CO ₂ ב- 39%.

בהשגת סידן ציאנמיד

סידן קרביד משמש גם באופן תעשייתי להשגת CaCN _{2 של} סידן ציאנמיד .

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

סידן ציאנמיד משמש כדישון, מכיוון שעם מי האדמה הוא הופך לציאנמיד H2N = C = N, המספק חנקן לצמחים, חומר מזין חיוני עבורם.

בתעשייה המטלורגית

סידן קרביד משמש להסרת גופרית מסגסוגות כגון פרוניקל. ה- CaC ₂ מעורבב עם הסגסוגת המותכת בטמפרטורה של 1550 מעלות צלזיוס. גופרית (S) מגיבה עם סידן קרביד ומייצרת סידן גופרתי CaS ופחמן C:

CaC ₂ + S → 2 C + CaS

עדיפה הסרת גופרית אם הערבוב יעיל ותכולת הפחמן בסגסוגת נמוכה. סידן סולפיד CaS צף על פני הסגסוגת המותכת שממנה היא מושלכת ומושלכת.

בשימושים שונים

סידן קרביד שימש להסרת גופרית מברזל. כמו כן כדלק בייצור פלדה וכמייבש חמצן רב עוצמה.

הוא משמש להבשלת פרי. אצטילן נוצר מסידן קרביד עם מים, מה שמביא להבשלה של פירות, כמו בננות.

ניתן להבשיל בננות באמצעות סידן קרביד CaC ₂ . מחבר: אלכסאס פוטוס. מקור: Pixabay.

סידן קרביד משמש בתותחי דמה כדי לגרום לרעש המפץ החזק המאפיין אותם. כאן משתמשים גם בהיווצרות אצטילן המתפוצץ עם ניצוץ בתוך המכשיר.

CaC ₂ משמש לייצור אותות מחוץ לחוף בהתלקחות ימיות המציתות את עצמם.

שימוש מופסק

CaC ₂ שימש במה שמכונה מנורות קרביד. פעולתם של אלה מורכבת מטפטפות מים על הסידן קרביד ליצירת אצטילן, המתלקח ובאופן זה מספק אור.

מנורות אלה שימשו במכרות פחם, אך השימוש בהן הופסק בגלל נוכחות גז מתאן CH ₄ במכרות אלה. גז זה דליק והלהבה ממנורת הקרביד יכולה לגרום לו להתלקח או להתפוצץ.

מנורת CaC ₂ סידן קרביד . SCEhardt / רשות הרבים. מקור: Wikimedia Commons.

הם היו בשימוש נרחב במכרות סלעי נחושת, נחושת ופח, וגם במכוניות מוקדמות, אופנועים ואופניים, כפנסים או פנסים קדמיים.

נכון לעכשיו הם הוחלפו במנורות חשמל או אפילו במנורות LED. עם זאת, הם עדיין משמשים במדינות כמו בוליביה, במכרות הכסף של פוטוסי.

סיכונים

סידן קרביד יבש CaC ₂ אינו דליק אך בנוכחות לחות הוא יוצר במהירות אצטילן, וזהו.

כדי לכבות שריפה בנוכחות CaC _{2, אל} תשתמשו במים, קצף, פחמן דו חמצני או מטפי הלוגן. יש להשתמש בחול או נתרן או סידן הידרוקסיד.

הפניות

1. רופ, RC (2013). קבוצה 14 (C, Si, Ge, Sn ו- Pb) תרכובות כדור הארץ האלקליות. סידן קרביד. באנציקלופדיה של תרכובות כדור הארץ האלקאליות. התאושש מ- sciencedirect.com.
2. Pohanish, RP (2017). ג. סידן קרביד. בספרו של Sittig של כימיקלים רעילים ומסוכנים ומסרטנים (מהדורה שביעית). התאושש מ- sciencedirect.com.
3. סאן, ח 'ואח'. (2015). מאפיינים של שאריות סידן קרביד בעירה כימית והשפעתה על מאפייני המלט. חומרים 2015, 8, 638-651. התאושש ב- ncbi.nlm.nih.gov.
4. Nie, Z. (2016). חומרים אקולוגיים והערכת מחזור חיים. תיאור מקרה: ניתוח פליטת CO ₂ של קלינקר בוץ סידן קרביד. בייצור ירוק ובר קיימא של חומר מתקדם. התאושש מ- sciencedirect.com.
5. קרונדוול, FK et al. (2011). זיקוק מולן פרוניקל. הסרת גופרית. במתכות חילוץ של מתכות קבוצת ניקל, קובלט ופלטינה. התאושש מ- sciencedirect.com.
6. טרסלר, רי (2001). קרמיקה מבנית ותרמית. קרבידס. באנציקלופדיה של מדעי חומרים וטכנולוגיה. התאושש מ- sciencedirect.com.
7. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.