Jak získat hašené vápno?

Hydroxid vápenatý (chemický vzorec Ca(OH)2) je anorganická sloučenina, silná báze. Známé pod názvy „hašené vápno“ a „žíravé vápno“. Široké použití ve stavebnictví, chemickém průmyslu, úpravě vody, zemědělství a potravinářství. V potravinářském průmyslu je registrován jako potravinářská přísada E526.

Běžná jména

Hydroxid vápenatý je znám pod několika názvy odrážejícími jeho vlastnosti a použití.

• „Hašené vápno“ je termín spojený se způsobem získávání látky „uhašením“ (interakcí s vodou) oxidu vápenatého.
• „Vápenné mléko“ je suspenze vytvořená smícháním přebytečného hašeného vápna s vodou. Vypadá to jako mléko, odtud ten název.
• „Vápenná voda“ je čirý, bezbarvý roztok hydroxidu vápenatého získaný filtrací nebo usazením vápenného mléka.
• „Flush lime“ je produkt hašení nehašeného vápna s omezeným množstvím vody za vzniku bílého drobivého jemně krystalického prášku.
• „Kaustické vápno“ je název zdůrazňující alkalické vlastnosti sloučeniny [1].

Fyzikální vlastnosti

Hydroxid vápenatý za standardních podmínek je bílý krystalický prášek. Teplota tání je 512 °C a při 580 °C se látka začíná rozkládat. Hustota je 2,211 g/cm3. Entalpie tvorby – -986,6 kJ/mol. Rozpustnost ve vodě při 0 °C je 0,173 g na 100 g vody a s rostoucí teplotou klesá na 0,08 g při 100 °C. Tlak páry je 0 Pa. Krystalová mřížka hydroxidu vápenatého má hexagonální strukturu. Při zahřátí na 600 °C dochází k téměř úplné ztrátě vody za vzniku oxidu vápenatého. Hygroskopicita je dalším charakteristickým znakem této látky [2].

Chemické vlastnosti

Hydroxid vápenatý vykazuje vlastnosti silné zásady. Vodný roztok má vysoce alkalickou reakci. Při interakci s kyselinami tvoří odpovídající vápenaté soli:

Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4↓ + 2H2O

Reakce s oxidem uhličitým vede k tvorbě uhličitanu vápenatého:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

Když CO2 dále prochází roztokem, tvoří se rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý:

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2

Zahřívání roztoku hydrogenuhličitanu způsobí reverzní reakci se srážením CaCO3. Při teplotě asi 400 °C reaguje hydroxid vápenatý s oxidem uhelnatým:

Ca(OH)2 + CO → CaC3 + H2

Reakce s některými solemi vede k tvorbě špatně rozpustných sloučenin:

Ca(OH)2 + Na2SO3 → CaSO3↓ + 2NaOH

Interakce s amonnými solemi je doprovázena uvolňováním amoniaku:

Ca(OH)2 + 2NH4Cl → CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O

Hydroxid vápenatý se používá jako kvalitativní činidlo pro oxid uhličitý: průchod CO2 čirou vápennou vodou způsobuje její zakalení [2].

Příjem

Hlavní metodou výroby hydroxidu vápenatého je reakce oxidu vápenatého (páleného vápna) s vodou, známá jako „hašené vápno“:

CaO + H2O → Ca(OH)2

Reakce je vysoce exotermická, uvolňuje 65,2 kJ/mol tepla. Proces je doprovázen výrazným zvýšením objemu pevné fáze. Když je přebytek vody, vytvoří se suspenze – „vápenné mléko“. Sedimentací nebo filtrací suspenze lze získat nasycený roztok Ca(OH)2 – „vápenná voda“. Použití omezeného množství vody vede k tvorbě suchého prášku – „chmýřího vápna“ [3].

přihláška

Hydroxid vápenatý je široce používán ve stavebnictví k přípravě vápenné malty. Tradiční složení obsahuje jeden díl hašeného vápna a tři až čtyři díly křemenného písku. Při smíchání s vodou dochází k chemické reakci za vzniku křemičitanů vápenatých. Tento proces je doprovázen uvolňováním vody, což může vést ke zvýšené vlhkosti v prostorách.

Při výrobě silikátového betonu a cihel se hydroxid vápenatý smíchá s křemičitým pískem a zpracuje přehřátou vodní párou (174-197 °C) v autoklávu při tlaku 9-15 atmosfér. Tato metoda výrazně urychluje proces vytvrzování materiálu [4].

Při úpravě vody se hašené vápno používá k odstranění uhličitanové tvrdosti vody. Používá se také při výrobě bělidla a jako činidlo v procesu kaustifikace pro výrobu sody a potaše [5].

V zemědělství se používá k výrobě vápenných hnojiv a snížení kyselosti půdy. V kožedělném průmyslu se používá k činění kůže.

Potravinářský průmysl používá hydroxid vápenatý jako potravinářskou přísadu E526. Při výrobě cukru se vápenné mléko používá k rafinaci cukru. V Latinské Americe se hašené vápno používá k nixtamalizaci, což je proces vaření kukuřičných zrn za účelem změkčení skořápky a zlepšení stravitelnosti.

V zahradnictví je látka součástí Bordeauxské směsi, klasického fungicidu pro potírání chorob rostlin. Ve stomatologii se používá k dezinfekci kořenových kanálků zubů.

V elektrotechnice se hašené vápno přidává do půdy při instalaci uzemnění, aby se snížil elektrický odpor půdy. Vápenné mléko se také používá ke skladování slepičích vajec po dobu až dvou let.

Hydroxid vápenatý slouží jako surovina pro výrobu dalších sloučenin vápníku a používá se k neutralizaci kyselých roztoků, včetně průmyslových odpadních vod. V laboratorní praxi se vápenná voda používá jako vysoce kvalitní činidlo pro oxid uhličitý.

Poznámky

1. ↑ Caustic lime // Encyklopedický slovník Brockhaus a Efron: v 86 svazcích (82 svazcích a 4 doplňkové). – Petrohrad, 1890-1907..
2. ↑ 2,02,1 Vrublevsky A.I.
3. ↑ Monastyrev A. Výroba cementu a vápna. – M., 2007.
4. ↑ Krupsky A.K., Mendeleev D.I. Lime, v technologii // Encyklopedický slovník Brockhaus a Efron: v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). – Petrohrad, 1890-1907..
5. ↑ Khodakov, Yu., Epshtein D. A., Gloriozov P. A. Odstavec 65. Tvrdost vody a metody její eliminace // Anorganická chemie. Učebnice pro ročník 9.. – 7. ed. – M.: Vzdělávání, 1976. – S. 133..

VII Mezinárodní soutěž vědeckovýzkumných a tvůrčích prací studentů
Začněte ve vědě

• Hlavní
• Seznam sekcí
• Chemie
• Historie výroby vápna

Historie výroby vápna

Korotková S.E. 1
1 Městský vzdělávací ústav Kremenkul Střední škola
Alekseeva N.G. 1
1 Městský vzdělávací ústav Kremenkul Střední škola

Autor práce byl oceněn diplomem vítěze III. stupně

Text práce je umístěn bez obrázků a vzorců.
Plná verze práce je k dispozici v záložce “Job Files” ve formátu PDF

Teoretická část

Vápence v přírodě, historie jejich využití.

Historie technologie výroby vápence.

Moderní technologický postup výroby vápna.

Praktická část

Vypracování technologického schématu pro výrobu vápna doma.

Příprava hašeného vápna a studium prostředí PH ve školní laboratoři.

Plánování projektových aktivit

Přípravná fáze

Účel: Příprava na projekt.

Úkoly: vymezení tématu, výběr problému, ujasnění cílů.

Účel: Vypracování pracovního plánu projektu: vypracování kritérií pro hodnocení výkonnosti.

Úkoly: Analýza problému z různých úhlů pohledu podle stupně složitosti, informačních a materiálových možností jeho řešení.

Identifikace možných zdrojů informací pro sběr teoretického a praktického materiálu.

Zvládnutí metodologie sociologických šetření a dotazníků.

Realizace projektu

Účel: Vypracování projektu.

Úkoly: Sběr a objasňování informací.

Analýza a syntéza odebraného materiálu.

Zpracování dat. Prezentace výsledků ve formě tabulek. Dekorace.

Ochrana projektu

Účel: Ochrana projektu.

Úkoly: Odůvodnění procesu navrhování.

Příprava obrany. Stupeň.

Prezentace projektu

Účel: Analýza plnění stanoveného cíle.

Úkoly: Analýza realizace projektu, dosažené výsledky a případné důvody neúspěchu.

Relevantnost:Toto téma je důležité a fascinující, protože vápno je široce používáno v mnoha oblastech lidské činnosti. Používá se v zemědělství, stavebnictví, hutnictví a chemickém průmyslu. Ve stavebnictví se vápno používalo jako nejekologičtější a přírodní materiál. V zemědělství se hašené vápno používá ke zvýšení úrodnosti, vápnění kyselých půd a také k čištění odpadních vod a rozhodl jsem se prostudovat toto téma podrobněji.

Předmět studia: Stavební vápno.

Předmět studia: Historie výroby vápna, možnost výroby v domácích podmínkách.

Účel: Prostudujte si historii výroby vápna a prozkoumejte proces jeho výroby.

Vytvořte optimální technologické schéma pro výrobu vápna doma.

Experimentálně získat vápno ve školní laboratoři.

Naučte se určovat PH pomocí univerzálního indikátoru.

Studujte odbornou literaturu.

Metody výzkumu:

Prostudování teoretického materiálu z odborné literatury a internetových zdrojů.

Analýza, syntéza, zobecnění.

Vizuální (porovnání barvy roztoků pro stanovení kyselosti)

Organoleptické (vůně, barva indikátoru)

Hypotéza: Vápno je možné získat doma.

1. Teoretická část

1.1Vápence v přírodě, historie jejich využití

Přírodní sloučeniny vápníku se pro stavební účely začaly používat již v pravěku, a to přímo i jako stavební kámen, při výrobě vápna získaného pálením mramoru nebo vápence.

Vápence jsou jedním z nejčastěji používaných stavebních materiálů díky tomu, že se dají poměrně snadno tavit a leštit. Ložiska vápence a mramoru se nacházejí ve všech částech světa.

Ve starověkém Řecku a Římě se mramoru dostalo výjimečné pozornosti architektů a sochařů. Slavné chrámy a klasické sochy jsou vytesány z carrarského a parijského mramoru. První dostal své jméno podle města Carrara v Itálii a druhý podle ostrova Paros v Řecku.

Na území naší země není téměř žádná oblast, která by neměla vápence a mramory vhodné pro průmyslové účely. Nejznámější jsou vápence Podolský, Kolomna, Kaluga, Pakhrinskij a další (u Moskvy), Putilovský, Repšinskij, Karelian a další (u Leningradu), v Žiguli, na Krymu, na Kavkaze a na Uralu. Na jihu Ruska jsou velká ložiska vápencových skořápkových hornin, které mají 2-3x nižší tepelnou vodivost než běžný vápenec, lze je snadno pilovat a řezat, proto je to vynikající stavební materiál pro jižní města.

Velké mramorové soutěsky se nacházejí v horách Střední Asie (Turkestan a Altaj); Zajímavé jsou mramory pohoří Sajany a Altaj.

Ve století XIV. v Moskvě byl vápenec používán v obrovském množství pro architektonické účely; V budovách byl použit především bílý Mjačkovskij a Protopopovský kámen, ze kterého byl v roce 1367 vytvořen Kreml. Právě od něj Moskva dostala jméno „Bílý kámen“.

Stanice moskevského metra jsou nádherné stavby jedinečné krásy využívající mramor.

Mramor je ale potřebný nejen pro architektonické stavby a sochařská díla: neobejde se bez něj elektrotechnika, kde se používá jako výborný izolant při stavbě elektrických rozvodnic. Mramor se používá k výzdobě interiérů nemocnic, zejména operačních sálů, kde je vyžadována dokonalá čistota.

Mramorové válce jsou instalovány v koželužnách pro válcování těch nejlepších druhů kůže. Hlavním spotřebitelem vápence (až 40 %) je hutní průmysl

průmyslu, kde se přidávají do rudy jako tavidla při tavení surového železa ve vysokých pecích a při výrobě oceli metodou otevřené nístěje. K přípravě vápna a cementu se používá obrovské množství vápence.

Použití hašeného vápna jako pojiva pro budovy začalo ne méně než 3000 let před naším letopočtem. Při stavbě některých pyramid používali Egypťané vápennou maltu. Použití vápna jako malty naznačuje Dioscorides a Plinius starší (XNUMX. století př. n. l.). Dioscorides zavedl název „pálené vápno“ pro oxid vápenatý, který přežil dodnes.

Je poměrně obtížné určit, kdy se v Rusku začalo používat vápno pro stavbu. Studie starověkých ruských malt však ukázaly, že již asi před 1000 lety se vápno používalo na stavbu řady staveb, například kostela desátků v Kyjevě (990). Později se vápno začalo hojně využívat ve stavbách, nejčastěji s přídavkem cementu, tedy drcené cihly, která zvyšovala pevnost vápna.

1.2 Historie technologie výroby vápence

Technika pálení vápence samozřejmě prošla výrazným vývojem. O prvních primitivních výrobních postupech si lze udělat představu z takzvaných podlahových pecí, které se v některých oblastech dochovaly. Na svahu vykopali díru do země, postavili v ní zdi v podobě věže a vyskládali klenbu z vypálených kamenů, přes které byly naskládány kusy stejného materiálu, aby jimi mohl volně procházet oheň a kouř. . Vypalování probíhalo několik dní, poté byla pec zastavena a po ochlazení byla pec vyložena. Je jasné, že při takto nedokonalé metodě zůstalo mnoho vnějších kousků vápence nespálených V roce 1931 byl v Sovětském svazu učiněn objev, který převrátil všechny dosavadní vědecké a praktické představy o vlastnostech vápna. Kolektivní farmář I.V. Smirnov, který se zabýval výrobou mlecích kamenů pro okolní JZD, našel způsob, jak vyrobit tvrdý vápenec z nehašeného vápna a obejít fázi hašení.

“Asi před půl stoletím,” napsal I. V. Smirnov, “nedaleko vesnice Chukhlomki v provincii Nižnij Novgorod, kde jsem strávil dětství, rolníci vypálili vápenec v malých podlahových pecích, poté ho uhasili na těsto, které se použilo. pro různé potřeby. Já a moji vrstevníci jsme použili násilnou reakci, která doprovází proces hašení vápna, k zabíjení ryb v jezírku. Už tehdy jsem si všiml, že čím více se mi podařilo naplnit láhev drcenou vroucí vodou a čím méně vody jsem do ní nalil, tím silnější reakce nastala.“

1.3 Moderní technologický postup výroby vápna

V současné době se vápno pálí ve speciálních kontinuálně pracujících šachtových pecích při teplotách 900–1300 stupňů a vyšších. V důsledku vypalování se získá vzdušné nebo nehašené vápno (vroucí kapalina):

Současně s rozkladem vápna z něj dochází i k vypalování organických látek. Teploty potřebné pro výpal se dosahuje spalováním dřeva, uhlí, kokosu nebo tekutého paliva. Vypálené vápno ze dna pece se čas od času odstraní a shora se do pece nasype čerstvý vápenec.

Je-li nehašené vápno navlhčeno malým množstvím vody, nejprve nasaje vodu do svých pórů a poté se s ní spojí a uvolní se značné množství tepla, vytvoří se oblaka páry a nakonec kousky vápna praskají a rozpadají se na tenký, velmi pohyblivý suchý bílý prášek (chmýří):

Tento prášek, hydroxid vápenatý, se běžně nazývá hašené vápno.. Pokud byl vápenec čistý (až 97–98 % CaCO₃), pak se objem výsledného sypkého bílého prášku zvětší 3,5krát. Tento druh vápna se nazývá mastné vápno.

Dalším přidáním vody k prášku se získá suspenze hašeného vápna ve vodě, tzv vápenné mléko, používaný např. k bílení. Pokud chcete získat barevnou barvu, přidejte do vápenného mléka trochu minerální barvy, abyste dosáhli požadovaného odstínu. K tomuto účelu nelze použít barvy, které produkují chemické sloučeniny s vápnem vedoucí ke ztrátě původní barvy,

Například: Pruská modř. Ale toto pravidlo má výjimky. V praxi se například síran měďnatý často přidává do vápna, aby se získalo světle modré zbarvení roztoku. V tomto případě se vytvoří stabilní modrá sloučenina: hydroxid měďnatý:

Vápenná barva je poměrně odolná, protože její tenká vrstva se při interakci s atmosférickým oxidem uhličitým poměrně rychle mění na uhličitan vápenatý.

Pokud do vápenného mléka přidáte značné množství vody a necháte usadit, získáte čirý roztok Ca(OH)₂ ve vodě, tzv vápenná voda. Při stání na vzduchu se tento roztok pokryje nahoře tenkým filmem uhličitanu vápenatého, který je výsledkem interakce Ca (OH)₂ s atmosférickým oxidem uhličitým se vápenné mléko při usazení v jámách asi 15 dnů změní na limetkové těsto prostřednictvím procesu zvaného „zrání“ vápna.

S nárůstem nečistot ve vápencích se získává vápno, které se obtížněji hasí vodou; takové vápno se obvykle nazývá chudé vápno. Vápenec s obsahem nečistot vyšším než 12 % již není pro výrobu vápna vhodný.

Ze směsi vápenné pasty s pískem a vodou (v poměru 1:3 nebo 1:4) získají stavitelé těstovitou hmotu, která se používá na vázání cihel a kamenů. Část vody v tomto roztoku se chemicky spojí s CaO a část se odpaří a roztok ztvrdne. Toto vytvrzení je ovlivněno, jak poukázal D.I. Mendělejev, atmosférickým oxidem uhličitým, který se chemicky spojuje s vápnem a opět jej postupně přeměňuje, počínaje vnějšími vrstvami, na uhličitan vápenatý:

Voda uvolněná při této reakci je příčinou vlhkosti v novostavbách. Někdy v nově postavených a omítnutých kamenných budovách stavitelé umísťují ohniště s hořícím kokosem nebo dřevěným uhlím. Tato technika není zaměřena ani tak na vysušení místnosti a zničení vlhkosti vnesené roztoky cementačních látek, ale na zvýšení množství oxidu uhličitého v místnosti a urychlení přeměny hašeného vápna na uhličitan. Písek také chemicky působí na vápno a mění ho na extrémně odolnou látku – vápenatou křemičitou sůl. Pevnost starověkých staveb tmelených vápnem často klame neinformované lidi: tvrdí, že „dříve se stavělo lépe“ a že tmelící malty „byly pevnější“. A skutečně, jak k takovému závěru nedospět, když při rozebírání starověkých budov je pravděpodobnější zničit samotnou cihlu než oddělit jednotlivé cihly. Takové závěry jsou však poněkud ukvapené, protože neberou v úvahu chemické změny, ke kterým dochází ve stavebních materiálech v průběhu staletí.

2. Praktická část

2.1 Vypracování technologického schématu výroby vápna doma

Vápno je možné vyrobit i doma. K tomu budete potřebovat malou místnost se sporákem. Pak je třeba najít vápenec, ten se dá najít u lomu, pokud je poblíž, a podél železničního náspu najdete i skálu. Nejvýhodnější je pálit kameny o velikosti 2 cm, proto je třeba je rozštípat. Dále je potřeba roztopit kamna na 800 stupňů dřevem a dát do kamen uhlí. Poté, co se vrstva uhlí zahřeje, musíte vápencové kameny rozložit do rovnoměrné, ne silné vrstvy. Navrch přidejte další vrstvu uhlí. S procesem je lepší začít večer, aby byly kameny do rána hotové. Ráno je třeba vyjmout bílé hotové kameny z trouby pomocí kleští. Určitě je potřeba vypnout. Umístěte kameny do kbelíku s vodou na 8-9 minut. Na dně zůstává bílý roztok – to je hašené vápno.

Schéma výroby vápna doma

2.2 Získávání hašeného vápna a studium pH prostředí ve školní laboratoři

Bílý prášek oxidu vápenatého byl umístěn do kádinky. Opatrně přidejte vodu. Začíná prudká exotermická reakce (hašení vápna):

S aO + H ₂ O=Ca(OH)₂Vytvořila se vápenná voda.

Vlivem silného zahřátí se část vody odpaří.

Bílý prášek je mírně rozpustný ve vodě (0,16 g na 100 g vody.) Vápenná voda má zásaditou reakci. Indikátor fenolftaleinu změní barvu na karmínovou. Referenční stupnice pro PH, univerzální ukazatel, potvrzuje naše pozorování a ukazuje 11 jednotek, což potvrzuje zásaditost prostředí. Hydroxid vápenatý se na vzduchu zakalí v důsledku interakce s oxidem uhličitým se srážením uhličitanu vápenatého.

V důsledku výzkumných prací byla studována historie využití a výroby vápence. Bylo odhaleno, že vápenec se začal používat na stavbu 3000 let před naším letopočtem. V roce 1367 byl postaven architektonický soubor Kremlu a Moskva se začala nazývat „Bílý kámen“.

O prvních primitivních výrobních postupech si lze udělat představu z takzvaných podlahových pecí, které se v některých oblastech dochovaly. V současné době se vápno pálí ve speciálních kontinuálně pracujících šachtových pecích při teplotách 900–1300 stupňů a vyšších. V důsledku vypalování se získá vzdušné nebo nehašené vápno (var). Pro výrobu vápna doma v malé místnosti s kamny je vypracováno technologické schéma.

Vápenná voda byla experimentálně získávána z oxidu vápenatého, poté byl získán uhličitan vápenatý ve školní laboratoři. Vápence jsou jedním z nejčastěji používaných stavebních materiálů, protože je lze poměrně snadno leštit, tavit a vytvářet roztoky. Vápence jsou široce používány v různých oblastech lidské činnosti: stavebnictví, zemědělství, chemický průmysl.

Seznam literatury:

Parmenov K. Ya., Smorgonsky L. M., Tsvetov L. A. Čítanka o chemii UChPEDGIZ, 1959.

Molochko V. A., Krynkina S. V. Chemistry-Moscow „Chemistry“, 1989.

Babkina S. S., Rosin I. V., Tolina L. D., Myasoedov E. M., Elfimov V. I., Alkina I. B., Belova L. N., Yaroshinsky A. I. Obecná a anorganická chemie – Urayt Publishing House LLC, 2012.

Počítačová podpora: