Jak karbid funguje?

Karbidy jsou skupinou anorganických sloučenin uhlíku s kovy, stejně jako s křemíkem nebo borem (protože tyto prvky vykazují kovové vlastnosti). Karbid vápníku je jednou z nejoblíbenějších látek v této skupině. Přečtěte si níže o vlastnostech a použití sloučeniny.

Historie příjmu

Karbid vápníku je sloučenina, která je široce používána v moderním průmyslu. V roce 1862 německý chemik Friedrich Wöhler poprvé syntetizoval molekulu této látky. Vyráběl karbid vápníku následujícím způsobem. Vědec připravil taveninu vápníku se zinkem a poté ji zahříval uhlím. Výsledkem byl karbid. Chemický vzorec sloučeniny je CaC₂. Průmyslovou metodu výroby karbidu navrhl vědec Moissan v roce 1892. Jiné názvy pro látku jsou acetylenid vápenatý nebo uhličitan vápenatý. Krystalová mřížka sloučeniny vypadá takto:

Fyzikální vlastnosti

Z hlediska fyzikálních vlastností je karbid vápníku krystalická látka s teplotou tání 2300 o C. Tento údaj platí pouze pro čistou sloučeninu. Nečistoty obsahující karbid mohou mít různé teploty tání. Základní stav agregace látky je pevný a barva se mění od šedé po hnědou.

Chemické vlastnosti

Karbid vápníku dobře absorbuje vodu. Tento proces je doprovázen chemickou rozkladnou reakcí. Je důležité, aby karbidový prach působil dráždivě na sliznice, kůži a dýchací orgány. Proto je při práci s připojením nutné používat plynové masky nebo respirátory proti prachu. Karbid vápníku reaguje s kyslíkem při vysokých teplotách za vzniku uhličitanu vápenatého. Reakce s dusíkem vede k syntéze kyanamidu vápenatého. Také při vysokých teplotách karbid vápníku reaguje s chlórem, fosforem a arsenem. Ale přesto je jednou z nejdůležitějších vlastností sloučeniny rozklad vodou.

Příjem

Výroba karbidu vápníku je následující. Smíchá se nehašené vápno a předem drcený koks. Výsledná směs se taví v elektrických pecích. Koks a oxid vápenatý se berou ve stejných hmotnostních dílech. Proces probíhá při teplotě 1900 o C. Tavenina opouští pec a následně je odlévána do speciálních forem. Poté se již ztvrdlý karbid vápníku drtí a třídí podle velikosti kusů. Granule látky jsou rozděleny do čtyř frakcí podle jejich velikostí: 25×80, 15×25, 8×15, 2×8, které jsou určeny GOST 1460-56. Technický karbid vápníku ve svém složení obsahuje 75-80% hlavní látky. Podíl nečistot, jako je uhlík, vápno a další, tvoří až 25 % z celkové hmoty výsledné směsi. Navíc sulfid vápenatý a fosfid vápenatý obsažené v technickém karbidu způsobují dosti nepříjemný zápach. Představme si reakci produkce CaC₂: CaO + 3C → CaC₂ + CO↑. Vznik acetylidu vápenatého je doprovázen absorpcí tepla. Proto je logické předpokládat, že k reakci jeho rozkladu naopak dochází s uvolňováním energie.

Přeprava a skladování

Vzhledem k tomu, že vlhkost okamžitě rozkládá karbid za uvolnění velkého množství tepla a vzniku výbušného acetylenu, musí být látka skladována v hermeticky uzavřených sudech nebo plechovkách. Je třeba mít na paměti, že acetylen je lehčí než vzduch a může se hromadit v horních oblastech místnosti. Tento plyn má kromě narkotického účinku schopnost samovolného vznícení. Proto musí být karbid vápníku používán s velkou opatrností. Zvláštní pozornost je ve výrobě věnována balení. Hotová hmota se umístí do speciálních bubnů (nádoby připomínající plechové dózy). Tento obal vyžaduje pečlivé otevření. V tomto případě je třeba použít nástroj, který nevede k tvorbě jisker (kladivo nebo speciální nůž). Pokud se karbid dostane na kůži nebo sliznice, okamžitě postižené místo opláchněte vodou a místo ošetřete vazelínou nebo mastným krémem. Přeprava spoje je realizována pouze krytými druhy dopravy. Dodávka karbidu vzduchem je zakázána. Prostory, kde je uložen CaS₂, musí být dobře větrané. Rovněž není dovoleno skladovat karbid společně s jinými chemikáliemi. To může vést k nechtěným a možná nebezpečným reakcím. Skladovatelnost karbidu je šest měsíců.

přihláška

Rozsah použití karbidu vápníku je extrémně široký. V první řadě jde o průmyslovou syntézu. Karbid vápníku se používá k výrobě syntetického kaučuku, kyseliny octové, acetonu, ethylenu, vinylchloridu a styrenu. Využití nachází také při výrobě kyanamidu vápenatého. Tato látka je cenná pro své použití při syntéze různých hnojiv a kyanidových látek. V zemědělství zná každý agronom název karbid-močovinový regulátor. Používá se k regulaci růstu rostlin. A k jeho výrobě se používá i karbid vápníku. Kromě toho tato sloučenina nachází použití v procesu výroby kyanamidu vápenatého. Tato reakce je založena na zahřívání karbidu vápníku dusíkem. Regenerace alkalických kovů také není úplná bez použití látky, kterou popisujeme. Karbid vápníku se také používá v procesu svařování plynem. Hojně se používají například karbidové výbojky. Princip jejich činnosti je založen na interakci karbidu s vodou ve speciální nádobě a spalování konečné reakční látky – acetylenu – na výstupu z aparatury. Podívejte se na fotografii karbidové lampy.

Výroba acetylenu

Jednou z nejdůležitějších aplikací karbidu vápníku je jeho použití při výrobě acetylenu. Zásluhu na objevu této metody má také německý chemik Friedrich Wöhler. Tento průmyslový proces je založen na rozkladné reakci karbidu pod vlivem vody. SaS_{2 +} 2 N.₂O → C₂Н₂ + Ca(OH)₂↓. Na výstupu vzniká acetylen a hašené vápno, které se vysráží. Proces je doprovázen uvolňováním velkého množství tepla. Objem uvolněného plynu závisí na tom, jak čistý je karbid vápníku použit pro reakci. Vzniklý acetylen může mít různý objem – 1 kg výchozí látky dokáže vyprodukovat od 235 do 290 litrů plynu. Co se týče rychlosti reakce, ta závisí jak na malém procentu nečistot v karbidu vápníku, tak na teplotě vody a také na její čistotě. Uvažujeme-li teoretickou reakci pro výrobu acetylenu z karbidu, pak na 1 kg karbidu stačí 560 ml vody. V praxi se však objem vody pro reakci zvyšuje. Na 1 kg karbidu vápníku za podmínek průmyslové syntézy je zapotřebí 5 až 20 litrů vody. Toto množství je nezbytné pro zajištění lepšího chlazení acetylenu a také pro zajištění optimální bezpečnosti během provozu. Níže je obrázek německého chemika Friedricha Wöhlera.

Laboratorní zkušenosti se získáváním acetylenu

Mnoho školních hodin chemie je obeznámeno s reakcí karbidu s vodou. Typicky tento experiment umožňuje demonstrovat reakci na produkci acetylenu, stejně jako jeho fyzikální a chemické vlastnosti. Proces vyvíjení plynu probíhá poměrně rychle, proto se hadička, která odstraňuje acetylen z baňky s účinnými látkami, umístí do misky s vodou. To zajišťuje méně aktivní a rychlý pohyb plynu. Kromě toho lze v laboratorních podmínkách použít jinou metodu, aby rozkladová reakce sloučeniny, jako je karbid, nebyla příliš prudká. Acetylén přitom proudí rovnoměrně a klidně. Chcete-li to provést, místo vody musíte vzít nasycený roztok stolní soli. Také v laboratoři byste při provádění této reakce měli opatrně přidat vodu do karbidu umístěného v odměrné baňce a ne naopak.