תחמוצת סידן (CAO): מבנה, תכונות ושימושים - כִּימִיָה - 2025

תחמוצת סידן (CAO) היא תרכובת אורגנית המכילה סידן וחמצן בצורות יוניות (לא להיות מבולבל עם סידן חמצן קאו ₂ ). ברחבי העולם זה מכונה סיד, מילה המייעדת כל תרכובת אורגנית המכילה סידן פחמתי, תחמוצות והידרוקסיד, בנוסף למתכות אחרות כמו סיליקון, אלומיניום וברזל.

תחמוצת (או סיד) זו מכונה גם באופן סידורי סיד מהיר או סיד נטול, תלוי בשאלה אם הוא מיועד או לא. סיד מהיר הוא תחמוצת סידן ואילו סיד נטוי הוא ההידרוקסיד שלו. בתורו, אבן גיר (אבן גיר או סיד מוקשה) היא למעשה סלע משקע המורכב בעיקר מסידן פחמתי (CaCO ₃ ).

זהו אחד המקורות הטבעיים הגדולים ביותר לסידן ומהווה את חומר הגלם לייצור תחמוצת הסידן. איך נוצר חלודה זו? הפחמימות רגישות לפירוק תרמי; חימום סידן פחמתי לטמפרטורות הגבוהות מ- 825 מעלות צלזיוס, מובילים להיווצרות סיד ופחמן דו חמצני.

ניתן לתאר את האמירה לעיל כך: CaCO ₃ (ים) → CaO (ים) + CO ₂ (g). מכיוון שקרום כדור הארץ עשיר באבני גיר וסיד, ו צדפים (חומרי גלם לייצור תחמוצת סידן) נמצאים בשפע באוקיינוסים ובחופי הים, תחמוצת הסידן היא מגיב יחסית זול.

נוּסחָה

הנוסחה הכימית של תחמוצת הסידן היא CaO, בה יון הסידן הוא כמו חומצה (מקבל אלקטרונים) Ca ²⁺ , וחמצן כאיון הבסיסי (תורם אלקטרונים) O ^2- .

מדוע טעון סידן +2? מכיוון שסידן שייך לקבוצה 2 בטבלה המחזורית (מר בקמברה), ויש לו רק שני אלקטרונים ערכיים זמינים ליצירת קשרים, אותם הוא מוותר לאטום החמצן.

מִבְנֶה

בתמונה העליונה מיוצג המבנה הגבישי (סוג מלח פנינה) לתחמוצת הסידן. הכדוריות האדומות המגושמות תואמות את יוני ה- Ca ²⁺ ואת הכדורים הלבנים ליוני ה- O ^2- .

בסידור הקריסטל המעוקב הזה, כל יון Ca ²⁺ מוקף בשישה יונים O ^2- שנמצאים בחללי האוקטאהדרל המשאירים את היונים הגדולים שביניהם.

מבנה זה מבטא את האופי היוני של תחמוצת זו למקסימום, אם כי ההבדל הבולט ברדיוסים (הספירה האדומה גדולה מזו הלבנה) מעניקה לו אנרגיית סריג גבישית חלשה יותר בהשוואה ל- MgO.

נכסים

מבחינה פיזית זהו מוצק לבן גבישי וחסר ריח עם אינטראקציות אלקטרוסטטיות חזקות, האחראים לנקודות ההתכה הגבוהות שלו (2572 מעלות צלזיוס) ולנקודות הרתיחה (2850 מעלות צלזיוס). יתר על כן, יש לו משקל מולקולרי של 55.958 גרם / מול והתכונה המעניינת להיות תרמו-לומינצינטית.

משמעות הדבר היא כי חתיכת תחמוצת סידן שנחשפת ללהבה יכולה להאיר באור לבן עז, המכונה באנגלית אור הזרקורים, או בספרדית אור סידן. יוני Ca ²⁺ , במגע עם אש, מקורם של להבה אדמדמה, כפי שניתן לראות בתמונה הבאה.

אור הזרקורים או אור הזרקורים

מְסִיסוּת

CaO הוא תחמוצת בסיס שיש לה זיקה חזקה למים, עד כדי כך שהם סופגים לחות (זהו מוצק היגרוסקופי), ומגיב מייד לייצור סיד נטול סיד או סידן הידרוקסיד:

CaO (ים) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

תגובה זו אקסותרמית (מפטירה חום) עקב היווצרות מוצק עם אינטראקציות חזקות יותר וסריג גבישי יציב יותר. עם זאת, התגובה הפיכה אם Ca (OH) ₂ מחומם , מייבש אותו ומצית את הסיד המוטר; אם כן, הסיד "נולד מחדש".

הפיתרון המתקבל הוא בסיסי מאוד, ואם הוא רווי בסידן תחמוצת הוא מגיע ל- pH של 12.8.

כמו כן, זה מסיס בגליצרול ובפתרונות חומצה וסוכר. מכיוון שמדובר בתחמוצת בסיס, יש לה באופן טבעי אינטראקציות יעילות עם תחמוצות חומציות (SiO ₂ , Al ₂ O ₃ ו- Fe ₂ O ₃ , למשל), כשהן מסיסות בשלבים הנוזלים שלהן. מצד שני, זה לא מסיס באלכוהולים ובממסים אורגניים.

יישומים

ל- CaO יש אינסוף עצום של שימושים תעשייתיים, כמו גם בסינתזה של אצטילן (CH≡CH), במיצוי פוספטים מהשפכים ובתגובה עם דו תחמוצת הגופרית מפסולת גזים.

להלן שימושים אחרים לתחמוצת סידן:

כמו מרגמה

אם תחמוצת הסידן מתערבבת בחול (SiO ₂ ) ומים, היא מתבשלת עם חול ומגיבה באיטיות עם מים ליצירת סיד נטוש. בתורו, CO ₂ באוויר מתמוסס במים ומגיב עם המלח הנטוע ליצירת סידן פחמתי:

Ca (OH) ₂ (s) + CO ₂ (g) => CaCO ₃ (s) + H ₂ O (l)

CaCO ₃ הוא תרכובת עמידה וקשה יותר מ- CaO, וגורמת למרגמה (התערובת הקודמת) להתקשות ולתקן את הלבנים, הבלוקים או הקרמיקה שביניהם או למשטח הרצוי.

בייצור זכוכית

חומר הגלם החיוני לייצור משקפיים הוא תחמוצות סיליקון, המעורבבות בסיד, נתרן פחמתי (Na ₂ CO ₃ ) ותוספים אחרים, ואז יש לחמם אותם, וכתוצאה מכך מוצק מזוגג. מוצק זה מתחמם לאחר מכן ומפוצץ בכל דמויות.

בכרייה

סיד רעוע תופס נפח גדול יותר מסידן מהיר בגלל אינטראקציות עם קשר מימן (OHO). נכס זה משמש לשבירת הסלעים מבפנים.

זה מושג על ידי מילוי אותם בתערובת קומפקטית של סיד ומים, אשר אטומים כדי למקד את החום והעוצמה המרחיבה שלה בתוך הסלע.

כחומר להסרת סיליקט

CaO נתיך עם סיליקטים ליצירת נוזל קולוסנטי, שמופק מחומר הגלם של מוצר מסוים.

לדוגמא, עפרות ברזל הם חומר הגלם לייצור ברזל ומתכת מתכתיים. מינרלים אלה מכילים סיליקטים, שהם זיהומים בלתי רצויים לתהליך והם מוסרים בשיטה שתוארה זה עתה.

חלקיקי ננו-תחמוצת סידן

ניתן לסנתז תחמוצת סידן כננו-חלקיקים, ומשתנים את ריכוזי הסידן חנקתי (Ca (NO ₃ ) ₂ ) ונתרן הידרוקסיד (NaOH) בתמיסה.

חלקיקים אלה הם כדוריים, בסיסיים (וכך גם המוצק בקנה מידה מאקרו) ויש להם שטח פנים רב. כתוצאה מכך, תכונות אלה מועילות לתהליכים קטליטיים. איזה? המחקר עונה כרגע על השאלה הזו.

חלקיקים ננו אלה שימשו לסינתז תרכובות אורגניות שהוחלפו - כמו נגזרות של פירידינים - בניסוח תרופות חדשות לביצוע טרנספורמציות כימיות כמו פוטוסינתזה מלאכותית, לטיהור מים ממתכות כבדות ומזיקות, וכ סוכנים פוטו-קטליטיים.

ניתן לסנתז את חלקיקי הננו על גבי תמיכה ביולוגית, כמו פפאיה ועלי תה ירוק, שישמשו כחומר אנטיבקטריאלי.

הפניות

1. scifun.org. (2018). סיד: תחמוצת סידן. הוחזר ב- 30 במרץ 2018, מ: scifun.org.
2. ויקיפדיה. (2018). תחמוצת סידן. הוחזר ב- 30 במרץ 2018, מתוך: en.wikipedia.org
3. Ashwini Anantharaman et al. (2016). סינתזה ירוקה של חלקיקי ננו-תחמוצת סידן ויישומיה. כתב עת בינלאומי למחקר הנדסי ויישומים. ISSN: 2248-9622, כרך 6, גיליון 10, (חלק -1), עמ '27-27.
4. ג'יי סאפיי-גומי ואח '. (2013). חלקיקי ננו-תחמוצת סידן מזרזים סינתזה רב-רכיבית שלב אחד של פירידינים תחליפים ביותר בתקשורת אתנול מימית Scientia Iranica, עסקאות ג: כימיה והנדסה כימית 20 549–554.
5. PubChem. (2018). תחמוצת סידן. הוחזר ב- 30 במרץ 2018, מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. ביסודות הקבוצה 2. (מהדורה רביעית, עמ '280). מק גריי היל.