Carboneto de cálcio (CaC2): estrutura, propriedades, produção, usos - Ciência - 2023

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o carboneto de cálcio É um composto inorgânico formado pelos elementos cálcio (Ca) e carbono (C). Sua fórmula química é CaC₂. É um sólido que pode ser incolor a amarelado ou branco acinzentado e até preto dependendo das impurezas que contém.

Uma de suas reações químicas mais importantes de CaC₂ é o que acontece com a água H₂Ou em que o acetileno HC≡CH se forma. Por este motivo, é utilizado para obter acetileno industrialmente. Devido a esta mesma reação com a água, é utilizado para amadurecer frutos, em falsos canhões e em flares navais.

A reação CaC₂ com água também produz uma lama útil para preparar clínquer (um componente do cimento), que produz menos dióxido de carbono (CO₂) quando comparado ao método tradicional de produção de cimento.

Com nitrogênio (N₂) o carboneto de cálcio forma cianamida de cálcio, que é usada como fertilizante. O CaC₂ também é usado para remover o enxofre de certas ligas metálicas.

Algum tempo atrás o CaC₂ Era usado nas chamadas lâmpadas de carboneto, mas já não são muito comuns porque são perigosas.

Estrutura

O carboneto de cálcio é um composto iônico e é feito de íon cálcio Ca²⁺ e o íon carboneto ou acetileto C₂^2-. O íon carboneto é composto de dois átomos de carbono unidos por uma ligação tripla.

A estrutura cristalina do CaC₂ é derivado do cúbico (como cloreto de sódio NaCl), mas como o íon C₂^2- é alongado, a estrutura é distorcida e torna-se tetragonal.

Nomenclatura

Carboneto de cálcio
Carboneto de cálcio
Acetileto de cálcio

Propriedades

Estado físico

Sólido cristalino que quando puro é incolor, mas se estiver contaminado com outros compostos pode ser branco amarelado ou acinzentado a preto.

Peso molecular

64,0992 g / mol

Ponto de fusão

2160 ºC

Ponto de ebulição

O CaC₂ ferve a 2300ºC com decomposição. O ponto de ebulição deve ser medido em atmosfera inerte, isto é, sem oxigênio ou umidade.

Densidade

2,22 g / cm³

Propriedades quimicas

O carboneto de cálcio reage com a água para formar acetileno HC≡CH e hidróxido de cálcio Ca (OH)₂:

CaC₂ + 2 H₂O → HC≡CH + Ca (OH)₂

O acetileno é inflamável, portanto, CaC na presença de umidade₂ pode ser inflamável. No entanto, quando está seco, não o é.

Carboneto de cálcio reage com nitrogênio N₂ para formar cianamida de cálcio CaCN₂:

CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C

Obtendo

O carboneto de cálcio é produzido industrialmente em um forno elétrico a arco a partir de uma mistura de carbonato de cálcio (CaCO₃) e carbono (C) que está sujeito a uma temperatura de 2.000 ° C. A reação é resumida assim:

Ladrao₃ + 3 C → CaC₂ + CO ↑ + CO₂↑

Ou também:

CaO + 3 C → CaC₂ + CO ↑

Em um forno elétrico a arco, um arco elétrico é produzido entre dois eletrodos de grafite, que resistem às altas temperaturas que se formam. É obtido um carboneto de cálcio com pureza de 80-85%.

Formulários

Na produção de acetileno

Industrialmente, a reação do carboneto de cálcio com água é usada para produzir acetileno C₂H₂.

CaC₂ + 2 H₂O → HC≡CH + Ca (OH)₂

Este é o uso mais importante do carboneto de cálcio. Em alguns países, o acetileno é muito valorizado, pois permite a produção de policloreto de vinila, que é um tipo de plástico. Além disso, o acetileno é usado para soldagem em altas temperaturas.

Na redução das emissões de CO₂

Os restos obtidos com a obtenção de acetileno a partir de CaC₂ (também chamado de "lama de carboneto de cálcio" ou "resíduos de carboneto de cálcio") são usados para obter clínquer ou concreto.

A lama de carboneto de cálcio tem um alto teor de hidróxido de cálcio (Ca (OH)₂) (cerca de 90%), algum carbonato de cálcio (CaCO₃) e tem um pH superior a 12.

Por essas razões, pode reagir com SiO₂ ou Al₂OU₃ formar um produto semelhante ao obtido pelo processo de hidratação do cimento.

Uma das atividades humanas que mais produz emissões de CO₂ é a indústria da construção. O CO₂ é gerado ao leste se desprender do carbonato de cálcio durante a reação para formar o concreto.

Usando lama de carboneto de cálcio para substituir o carbonato de cálcio (CaCO₃) foi encontrado para diminuir as emissões de CO₂ em 39%.

Na obtenção de cianamida de cálcio

O carboneto de cálcio também é usado industrialmente para obter cianamida de cálcio CaCN₂.

CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C

A cianamida de cálcio é utilizada como fertilizante, pois com a água do solo se transforma em cianamida H2N = C = N, que fornece nitrogênio às plantas, nutriente essencial para elas.

Na indústria metalúrgica

O carboneto de cálcio é usado para remover o enxofre de ligas como o ferroníquel. CaC é misto₂ com a liga fundida a 1550 ° C. O enxofre (S) reage com o carboneto de cálcio e produz sulfeto de cálcio CaS e carbono C:

CaC₂ + S → 2 C + CaS

A remoção de enxofre é favorecida se a mistura for eficiente e o teor de carbono na liga for baixo. O sulfeto de cálcio CaS flutua na superfície da liga fundida, de onde é decantado e descartado.

Em vários usos

O carboneto de cálcio tem sido usado para remover o enxofre do ferro. Também como combustível na produção de aço e como poderoso desoxidante.

É usado para amadurecer frutas. O acetileno é gerado a partir do carboneto de cálcio com água, que induz o amadurecimento de frutas, como a banana.

O carboneto de cálcio é usado em armas falsas para causar o barulho de explosão que as caracteriza. Aqui também é utilizada a formação de acetileno, que explode com uma faísca dentro do aparelho.

O CaC₂ é usado para gerar sinais offshore em foguetes navais de auto-ignição.

Uso descontinuado

O CaC₂ tem sido usado nas chamadas lâmpadas de carboneto. O funcionamento destes consiste em gotejar água sobre o carboneto de cálcio para formar acetileno, que se inflama e fornece luz.

Essas lâmpadas eram utilizadas em minas de carvão, mas seu uso foi descontinuado devido à presença do gás metano CH₄ nessas minas. Este gás é inflamável e a chama da lâmpada de carboneto pode inflamar ou explodir.

Eles foram amplamente usados em minas de ardósia, cobre e estanho, e também nos primeiros automóveis, motocicletas e bicicletas, como faróis ou faróis.

Atualmente eles foram substituídos por lâmpadas elétricas ou mesmo lâmpadas LED. No entanto, eles ainda são usados em países como a Bolívia, nas minas de prata de Potosí.

Riscos

Calcium Carbide CaC₂ seco não é inflamável, mas na presença de umidade forma acetileno rapidamente, o que é verdade.

Para extinguir um incêndio na presença de CaC₂ água, espuma, dióxido de carbono ou extintores de halogênio nunca devem ser usados. Deve-se usar areia ou hidróxido de sódio ou cálcio.

Referências

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