Структура, свойства и применение оксида кальция (CaO)

оксид кальция (CaO) является неорганическим соединением, которое содержит кальций и кислород в ионных формах (не путать с пероксидом кальция, CaO₂). Это известно во всем мире как известь, слово, которое обозначает любое неорганическое соединение, которое содержит карбонаты, оксиды и гидроксиды кальция, а также другие металлы, такие как кремний, алюминий и железо..

Этот оксид (или известь) также в разговорной речи называют негашеной или гашеной известью, в зависимости от того, гидратирована она или нет. Известь является оксидом кальция, а гашеная известь - его гидроксидом. В свою очередь, известняк (известняк или затвердевшая известь) на самом деле является осадочной породой, состоящей в основном из карбоната кальция (CaCO₃). 

Это один из крупнейших природных источников кальция и является сырьем для производства оксида кальция. Как получается этот оксид? Карбонаты подвержены термическому разложению; нагревание карбонатов кальция при температуре выше 825 ° С, что приводит к образованию извести и углекислого газа.

Вышеприведенное утверждение можно описать следующим образом: CaCO₃(s) → CaO (s) + CO₂(G). Поскольку земная кора богата известняком и кальцитом, а в океанах и на пляжах имеются многочисленные морские раковины (сырье для производства оксида кальция), оксид кальция является относительно дешевым реагентом.

индекс

• 1 Формула
• 2 Структура
• 3 свойства
  • 3.1 Растворимость
• 4 использования
  • 4.1 В качестве раствора 
  • 4.2 При производстве очков
  • 4.3 В майнинге
  • 4.4 Как средство для удаления силикатов
• 5 наночастиц оксида кальция
• 6 Ссылки

формула

Химическая формула оксида кальция - СаО, в котором кальций подобен кислотному иону (акцептору электронов) Са²⁺, и кислород в качестве основного иона (донора электронов) ИЛИ^2--.

Почему кальций имеет +2 заряда? Потому что кальций принадлежит к группе 2 периодической таблицы (г-н Бекамбара) и имеет только два валентных электрона, доступных для образования связей, которые уступают атому кислорода.

структура

На верхнем изображении представлена ​​кристаллическая структура (типа драгоценной соли) для оксида кальция. Объемные красные сферы соответствуют ионам Ca²⁺ и белые сферы с ионами O^2-.

В этом кубическом кристаллическом расположении каждый ион Са²⁺ окружен шестью ионами O^2-, закупорены в октаэдрических отверстиях, оставленных между ними большими ионами.

Эта структура максимально выражает ионный характер этого оксида, хотя заметное различие радиусов (красная сфера больше, чем белая) придает более слабую кристаллическую ретикулярную энергию по сравнению с MgO.

свойства

Физически это кристаллическое белое твердое вещество без запаха и с сильными электростатическими взаимодействиями, которые ответственны за его высокие температуры плавления (2572 ° C) и кипения (2850 ° C). Кроме того, он имеет молекулярную массу 55,958 г / моль и интересную способность быть термолюминесцентным.

Это означает, что кусок оксида кальция, подверженный воздействию пламени, может сиять интенсивным белым светом, известным на английском языке под названием центр внимания, или по-испански, легкий кальций. Ионы Са²⁺, при соприкосновении с огнем они вызывают красноватое пламя, как показано на следующем изображении.

растворимость

CaO является основным оксидом, который обладает сильным сродством к воде в той степени, в которой он поглощает влагу (это гигроскопичное твердое вещество), и немедленно реагирует с образованием гашеной извести или гидроксида кальция:

CaO (s) + H₂O (l) => Ca (OH)₂(S),

Эта реакция является экзотермической (выделяет тепло) из-за образования твердого тела с более сильными взаимодействиями и более стабильной кристаллической решеткой. Тем не менее, реакция является обратимой, если Ca (OH) нагревается₂, обезвоживание и освещение гашеной извести; затем лайм "возрождается".

Полученный раствор является очень основным, и если он насыщен оксидом кальция, он достигает рН 12,8.

Кроме того, он растворим в глицерине и в растворах кислоты и сахара. Поскольку это основной оксид, он, естественно, имеет эффективные взаимодействия с кислотными оксидами (SiO₂, в₂О₃ и вера₂О₃, например) растворим в их жидких фазах. С другой стороны, он нерастворим в спиртах и ​​органических растворителях.

приложений

CaO широко используется в промышленности, а также для синтеза ацетилена (CH≡CH), для извлечения фосфатов из сточных вод и в реакции с диоксидом серы из газообразных отходов..

Другие применения оксида кальция описаны ниже:

Как ступка

Если оксид кальция смешан с песком (SiO₂) и вода спекается с песком и медленно реагирует с водой с образованием гашеной извести. В свою очередь, СО₂ воздуха растворяется в воде и вступает в реакцию с солью с образованием карбоната кальция:

Ca (OH)₂(s) + CO₂(г) => CaCO₃(s) + H₂O (l)

CaCO₃ Это более стойкое и более твердое соединение, чем CaO, в результате чего раствор (предыдущая смесь) затвердевает и фиксирует кирпичи, блоки или керамику между ними или на желаемой поверхности..

В производстве очков

Основным сырьем для производства стекол являются оксиды кремния, которые смешивают с известью, карбонатом натрия (Na₂Колорадо₃) и другие добавки, которые затем подвергают нагреванию, в результате чего получается стеклообразное твердое вещество. Это твердое вещество впоследствии нагревается и выдувается в любых фигурах.

В горном деле

Гашеная известь занимает больший объем, чем негашеная, благодаря взаимодействиям водородных связей (О-Н-О). Это свойство используется, чтобы разбить камни изнутри.

Это достигается путем наполнения их компактной смесью извести и воды, которая герметизирована, чтобы сосредоточить ее тепло и экспансивную силу в породе..

Как средство для удаления силикатов

CaO сплавляется с силикатами с образованием коалесцирующей жидкости, которая затем извлекается из сырья определенного продукта..

Например, железные руды являются сырьем для производства металлического железа и стали. Эти минералы содержат силикаты, которые являются нежелательными примесями для процесса и устраняются только что описанным способом..

Наночастицы оксида кальция

Оксид кальция можно синтезировать в виде наночастиц, варьируя концентрации нитрата кальция (Са (NO₃)₂) и гидроксид натрия (NaOH) в растворе.

Эти частицы являются сферическими, основными (а также твердыми на макроуровне) и имеют большую площадь поверхности. Следовательно, эти свойства выгодны каталитическим процессам. Что? В настоящее время следствие отвечает на этот вопрос.

Эти наночастицы были использованы для синтеза замещенных органических соединений, полученных из пиридинов, при разработке новых лекарств для проведения химических превращений, таких как искусственный фотосинтез, для очистки воды от тяжелых и вредных металлов, а также для фотокаталитические агенты.

Наночастицы могут быть синтезированы на биологической подложке, такой как листья папайи и зеленый чай, для использования в качестве антибактериального средства..

ссылки

1. scifun.org. (2018). Известь: оксид кальция. Получено 30 марта 2018 г. с сайта scifun.org..
2. Wikipedia. (2018). Оксид кальция. Получено 30 марта 2018 г. с сайта en.wikipedia.org
3. Ашвини Анантхараман и соавт. (2016). Зеленый синтез наночастиц оксида кальция и его применение. Int. Журнал инженерных исследований и применения. ISSN: 2248-9622, том 6, выпуск 10, (часть -1), с.27-31..
4. J. Safaei-Ghomi et al. (2013). Наночастицы оксида кальция катализировали одностадийный многокомпонентный синтез высокозамещенных пиридинов в водно-этанольной среде Scientia Iranica, транзакции C: химия и химическая инженерия 20 549-554.
5. PubChem. (2018). Оксид кальция. Получено 30 марта 2018 г. из: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Дрожь и Аткинс. (2008). Неорганическая химия в Элементы группы 2. (четвертое издание, стр. 280). Mc Graw Hill.