KALSIUMOKSIDI (CAO): RAKENNE, OMINAISUUDET JA KÄYTÖT - KEMIA - 2026

Kalsiumoksidi (CaO) on epäorgaaninen yhdiste, joka sisältää kalsiumia ja happea ionimuodossa (ei olla sekoittaa kalsiumperoksidi CaO ₂). Maailmanlaajuisesti se tunnetaan kalkkina, sana, joka tarkoittaa mitä tahansa epäorgaanista yhdistettä, joka sisältää kalsiumkarbonaatteja, oksideja ja hydroksideja muiden metallien kuten piin, alumiinin ja raudan lisäksi.

Tätä oksidia (tai kalkkia) kutsutaan myös puhekielellä poltettua kalkkia tai hiottua kalkkia riippuen siitä, onko se hydratoitu. Polttokalkki on kalsiumoksidia, kun taas sammutettu kalkki on sen hydroksidia. Kalkkikivi (kalkkikivi tai kovetettu kalkki) puolestaan ​​on itse asiassa sedimenttikivi, joka koostuu pääasiassa kalsiumkarbonaatista (CaCO ₃).

Se on yksi suurimmista kalsiumin luonnollisista lähteistä ja on raaka-aine kalsiumoksidin tuotannossa. Kuinka tämä ruoste syntyy? Karbonaatit ovat herkkiä lämpöhajoamiselle; kuumentamalla kalsiumkarbonaatteja yli 825 ºC: n lämpötiloihin, muodostuu kalkkia ja hiilidioksidia.

Edellä esitetyt voidaan kuvata näin: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Koska maapallonkuoressa on runsaasti kalkkikiveä ja kalsiittia, ja merikotkia (raaka-aineita kalsiumoksidin tuottamiseksi) on runsaasti valtamereissä ja rannoilla, kalsiumoksidi on suhteellisen halpa reagenssi.

Kaava

Kemiallinen kaava kalsiumoksidi on CaO, jossa kalsium-ioni on kuten happo (elektronin vastaanottajan) Ca ²⁺, ja happea kuin perus-ioni (elektronidonori) O ^2-.

Miksi kalsiumia ladataan +2? Koska kalsium kuuluu jaksollisen ryhmän 2 ryhmään (Mr. Becambara), ja sillä on vain kaksi valenssielektronia, joita voidaan käyttää sidosten muodostumiseen, minkä se antaa happea varten.

Rakenne

Yläkuvassa on esitetty kalsiumoksidin kiteinen rakenne (gem suolatyyppi). Suuret punaiset pallot vastaavat Ca ²⁺ -ioneja ja valkoiset pallot O ^2- ioneja.

Tässä kuutiometriä kiteinen järjestely, kukin Ca ^{2 +} ioni jota ympäröi kuusi O ^2- ioneja, sulkeutuneet octahedral reikiä, jotka jättävät suuret niiden välissä olevat ionit.

Tämä rakenne ilmaisee maksimissaan tämän oksidin ionisen luonteen, vaikka huomattava säteiden ero (punainen pallo on suurempi kuin valkoinen) antaa sille heikomman kiteisen hilaenergian verrattuna MgO: hon.

ominaisuudet

Fysikaalisesti se on valkoinen kiteinen, hajuton kiinteä aine, jolla on vahvat sähköstaattiset vuorovaikutukset, mikä vastaa sen korkeista sulamispisteistä (2572 ºC) ja kiehumispisteistä (2850 ºC). Lisäksi sen molekyylipaino on 55,958 g / mol ja mielenkiintoinen ominaisuus on termoluminesenssi.

Tämä tarkoittaa, että pala liekille altistettua kalsiumoksidipalaa voi hehkua voimakkaalla valkoisella valolla, jota englanniksi kutsutaan parrasvaloksi, tai espanjaksi kalsiumvaloa. Ca ²⁺ -ionit, jotka ovat kosketuksissa tulen kanssa, aiheuttavat punertavan liekin, kuten seuraavasta kuvasta voidaan nähdä.

Rintavalo tai parrasvalo

Liukoisuus

CaO on emäksinen oksidi, jolla on vahva affiniteetti veteen siinä määrin, että se absorboi kosteutta (se on hygroskooppinen kiinteä aine), reagoidessaan heti kalkin tai kalsiumhydroksidin tuottamiseksi:

CaO (s) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Tämä reaktio on eksoterminen (vapauttaa lämpöä) johtuen kiinteän aineen muodostumisesta, jolla on voimakkaammat vuorovaikutukset ja vakaampi kidehila. Reaktio on kuitenkin palautuva, jos Ca (OH) _2: ta kuumennetaan, dehydratoidaan se ja sytytetään hiottu kalkki; sitten kalkki on ”uudestisyntynyt”.

Saatu liuos on hyvin emäksinen, ja jos se on kyllästetty kalsiumoksidilla, se saavuttaa pH: n 12,8.

Samoin se liukenee glyseroliin sekä happo- ja sokeriliuoksiin. Koska se on emäksinen oksidi, sillä on luonnollisesti tehokas vuorovaikutus happamien oksidien kanssa (esimerkiksi SiO ₂, Al ₂ O ₃ ja Fe ₂ O ₃), ja ne liukenevat niiden nestemäisissä faaseissa. Toisaalta se ei liukene alkoholiin ja orgaanisiin liuottimiin.

Sovellukset

CaO: lla on laaja äärettömyys teolliseen käyttöön, samoin kuin asetyleenin (CH2CH) synteesissä, fosfaattien uuttamisessa jätevesistä ja reaktiossa rikkidioksidin kanssa kaasumaisesta jätteestä.

Kalsiumoksidin muita käyttötapoja kuvataan alla:

Kuten laasti

Jos kalsiumoksidi sekoittuu hiekan (SiO ₂) ja veden kanssa, se kakkua hiekalla ja reagoi hitaasti veden kanssa muodostaen hiottua kalkkia. Vuorostaan, CO ₂ ilmassa liukenee veteen ja reagoi sammutettu suolan muodossa kalsiumkarbonaattia:

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

CaCO ₃ on kestävämpi ja kovempi yhdiste kuin CaO, aiheuttaen laastin (edellinen seos) kovettua ja kiinnittää tiilet, lohkot tai keramiikat niiden väliin tai halutulle pinnalle.

Lasintuotannossa

Olennainen raaka-aine tuotantoa varten lasit ovat piin oksideja, jotka sekoitetaan kalkki, natriumkarbonaattia (Na ₂ CO ₃) ja muita lisäaineita, on sitten tehtävä lämmitys, jolloin lasimaisena kiinteänä aineena. Tämä kiinteä aine kuumennetaan myöhemmin ja puhalletaan mihin tahansa lukuihin.

Kaivostoiminnassa

Hiottu kalkki vie suuremman tilavuuden kuin sammutettu kalkki vedyn sidoksen (OHO) vuorovaikutusten takia. Tätä ominaisuutta käytetään murtamaan kivet sisäpuolelta.

Tämä saavutetaan täyttämällä ne pienikokoisella kalkin ja veden seoksella, joka suljetaan lämmön ja laajentumisvoiman kohdistamiseksi kallioon.

Silikaatinpoistoaineena

CaO sulautuu silikaattien kanssa muodostaen yhdistyvän nesteen, joka sitten uutetaan tietyn tuotteen raaka-aineesta.

Esimerkiksi rautamalmit ovat raaka-aine metallisen raudan ja teräksen tuotannossa. Nämä mineraalit sisältävät silikaatteja, jotka ovat epätoivottuja epäpuhtauksia prosessissa ja poistetaan juuri kuvatulla menetelmällä.

Kalsiumoksidin nanohiukkaset

Kalsiumoksidi voidaan syntetisoida nanohiukkasina, muuttaen kalsiumnitraatin (Ca (NO ₃) ₂) ja natriumhydroksidin (NaOH) pitoisuuksia liuoksessa.

Nämä hiukkaset ovat pallomaisia, emäksisiä (kuten makro-mittakaavan kiinteät aineet) ja niillä on paljon pinta-alaa. Tämän seurauksena nämä ominaisuudet hyödyttävät katalyyttisiä prosesseja. Mikä? Tutkimus vastaa tällä hetkellä tähän kysymykseen.

Näitä nanohiukkasia on käytetty substituoitujen orgaanisten yhdisteiden - kuten pyridiinijohdannaisten - syntetisoimiseksi uusien lääkkeiden formuloinnissa kemiallisten muutosten, kuten keinotekoisen fotosynteesin, toteuttamiseksi veden puhdistamiseksi raskasista ja haitallisista metalleista, sekä fotokatalyyttiset aineet.

Nanohiukkaset voidaan syntetisoida biologisella kantajalla, kuten papaija ja vihreän teen lehdet, käytettäväksi antibakteerisena aineena.

Viitteet

1. scifun.org. (2018). Kalkki: kalsiumoksidi. Haettu 30. maaliskuuta 2018, osoitteesta: scifun.org.
2. Wikipedia. (2018). Kalsiumoksidi. Haettu 30. maaliskuuta 2018, osoitteesta: en.wikipedia.org
3. Ashwini Anantharaman et ai. (2016). Kalsiumoksidinanohiukkasten vihreä synteesi ja sen sovellukset. Int. Journal of Engineering Research and Application. ISSN: 2248-9622, osa 6, numero 10, (osa -1), s. 27-31.
4. J. Safaei-Ghomi et ai. (2013). Kalsiumoksidinanopartikkelit katalysoivat erittäin substituoitujen pyridiinien yksivaiheista monikomponenttista synteesiä vesipitoisissa etanoliväliaineissa. Scientia Iranica, Transactions C: Chemistry and Chemical Engineering 20 549–554.
5. Pubchem. (2018). Kalsiumoksidi. Haettu 30. maaliskuuta 2018, osoitteesta: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. Kohdassa Ryhmän 2 elementit (neljäs painos., S. 280). Mc Graw Hill.