的电石是由元素钙(Ca)和碳(C)的无机化合物。其化学式为CaC 2。它是一种固体,可以是无色到淡黄色或灰白色,根据包含的杂质甚至是黑色。
CaC 2最重要的化学反应之一是与水H 2 O 发生的反应,在其中形成乙炔HC≡CH。因此,其被用于工业上获得乙炔。由于与水的反应相同,因此可用于假枪和海军照明弹中的果实成熟。
固态电石CaC 2。OndřejMangl /公共领域。资料来源:维基共享资源。
CaC 2与水的反应还会产生有用的污泥,以制备熟料(水泥的一种成分),与传统的水泥生产方法相比,该水泥产生的二氧化碳(CO 2)更少。
电石与氮(N 2)形成氰氨化钙,用作肥料。CaC 2还用于从某些金属合金中去除硫。
不久前,CaC 2被用在所谓的硬质合金灯中,但是由于它们很危险,它们不再很常见。
结构体
碳化钙是离子性化合物,由钙离子Ca 2+和碳化物或乙炔离子C 2 2-组成。碳化物离子由通过三键连接的两个碳原子组成。
电石的化学结构。作者:地狱巴士。资料来源:维基共享资源。
CaC 2的晶体结构源自立方晶(类似于氯化钠NaCl 的晶状结构),但随着C 2 2-离子的伸长,该结构变得扭曲并变为四方晶。
命名法
- 电石
- 电石
- 乙炔钙
物产
物理状态
纯净时为无色结晶固体,但如果被其他化合物污染,则可能为黄白色或灰黑色。
电石CaC 2具有杂质。Leiem / CC BY-SA(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)。资料来源:维基共享资源。
分子量
64.0992克/摩尔
熔点
2160摄氏度
沸点
CaC 2在2300ºC沸腾并分解。沸点必须在惰性气氛下,即没有氧气或水分的情况下进行测量。
密度
2.22克/厘米3
化学性质
电石与水反应形成乙炔HC≡CH和氢氧化钙Ca(OH)2:
CaC 2 + 2 H 2 O→HC≡CH+ Ca(OH)2
乙炔是易燃的,因此在潮湿的情况下CaC 2可能是易燃的。但是,当它干燥时,它不是。
碳化钙CaC 2与水形成乙炔HC≡CH,这是一种易燃化合物。克里斯蒂娜·克拉维茨(Kristina Kravets)/ CC BY-SA(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)。资料来源:维基共享资源。
电石与氮N 2反应形成氰氨化钙CaCN 2:
CaC 2 + N 2 →CaCN 2 + C
取得
电石是在电弧炉中以碳酸钙(CaCO 3)和碳(C)的混合物为原料工业生产的,要经受2000°C的温度。反应总结如下:
CaCO 3 + 3 C→CaC 2 + CO↑+ CO 2 ↑
或者:
CaO + 3 C→CaC 2 + CO↑
在电弧炉中,在两个石墨电极之间产生了电弧,它们抵抗形成的高温。得到具有80-85%纯度的碳化钙。
应用领域
在乙炔生产中
在工业上,电石与水的反应用于生产乙炔C 2 H 2。
CaC 2 + 2 H 2 O→HC≡CH+ Ca(OH)2
这是电石最重要的用途。在某些国家/地区,乙炔具有很高的价值,因为它可以生产聚氯乙烯(一种塑料)。此外,乙炔用于高温焊接。
HC≡CH乙炔火焰,用于在高温下焊接金属。作者:Shutterbug75。资料来源:
减少二氧化碳排放
从CaC 2开始获得乙炔获得的残余物(也称为“碳化钙污泥”或“碳化钙残渣”)用于获得熟料或混凝土。
电石泥的氢氧化钙(Ca(OH)2)含量高(约90%),某些碳酸钙(CaCO 3)的pH值大于12。
碳化钙残留物可用于建筑活动中以制备混凝土,从而减少该行业中CO 2的产生。作者:Engin Akyurt。资料来源:
由于这些原因,它可以与SiO 2或Al 2 O 3反应,形成类似于通过水泥水合过程获得的产物。
建筑业是人类产生CO 2排放量最大的活动之一。通过在反应过程中从碳酸钙中释放出CO 2来形成混凝土。
已经发现使用碳化钙污泥代替碳酸钙(CaCO 3)可以减少39%的CO 2排放。
获得氰胺钙
工业上也使用碳化钙来获得氰氨化钙CaCN 2。
CaC 2 + N 2 →CaCN 2 + C
氰胺钙用作肥料,因为与土壤中的水一起变成氰胺H2N = C = N,为植物提供了氮,这是植物必需的养分。
在冶金行业
电石用于从镍铁合金中去除硫。CaC 2在1550°C下与熔融合金混合。硫与碳化钙反应生成硫化钙CaS和碳C:
CaC 2 + S→2 C + CaS
如果混合有效并且合金中的碳含量低,则有利于脱硫。硫化钙CaS漂浮在熔融合金的表面上,从此处被倾析和丢弃。
有多种用途
电石已用于从铁中去除硫。还可作为钢铁生产中的燃料和强大的脱氧剂。
它用于使果实成熟。乙炔是由碳化钙与水生成的,从而导致水果(如香蕉)的成熟。
可以使用电石CaC 2使香蕉成熟。作者:Alexas Fotos。资料来源:
假人枪中使用碳化钙,以产生代表其特征的巨大撞击声。这里也使用乙炔的形成,其在装置内部随火花爆炸。
CaC 2用于在自燃海军火炬的近海产生信号。
停止使用
CaC 2已用于所谓的碳化钨灯中。这些操作包括在碳化钙上滴水以形成乙炔,乙炔点燃并以这种方式提供光。
这些灯曾在煤矿中使用,但由于在这些煤矿中存在甲烷气CH 4,因此不再使用它们。该气体易燃,碳化钨灯产生的火焰会引起其点燃或爆炸。
CaC 2电石灯。SCEhardt /公共领域。资料来源:维基共享资源。
它们广泛用于板岩,铜和锡岩石矿山,以及早期的汽车,摩托车和自行车中,用作前照灯或前照灯。
目前,它们已被电灯甚至LED灯取代。但是,它们仍在波托西的银矿山中的玻利维亚等国家使用。
风险性
干式电石CaC 2不易燃,但在有水分的情况下会迅速形成乙炔。
要在存在CaC 2的情况下灭火,请勿使用水,泡沫,二氧化碳或卤素灭火器。应使用沙子或氢氧化钠或氢氧化钙。
参考文献
- 罗普(RC)(2013)。第14组(C,Si,Ge,Sn和Pb)碱性地球化合物。碳化钙。在碱土化合物百科全书中。从sciencedirect.com恢复。
- Pohanish,RP(2017)。C.碳化钙。在Sittig的《有毒有害化学物质和致癌物手册》(第七版)中。从sciencedirect.com恢复。
- Sun,H。等。(2015)。化学燃烧碳化钙渣的性质及其对水泥性质的影响。材料2015,8,638-651。从ncbi.nlm.nih.gov恢复。
- Nie,Z.(2016年)。生态材料和生命周期评估。案例研究:碳化钙污泥熟料的CO 2排放分析。绿色和可持续制造先进材料。从sciencedirect.com恢复。
- FK等人,克鲁德韦尔。(2011)。精炼熔铁镍合金。脱硫。镍,钴和铂族金属的萃取冶金学。从sciencedirect.com恢复。
- Tressler,RE(2001)。结构和热结构陶瓷。硬质合金。在材料科学与技术百科全书中。从sciencedirect.com恢复。
- 棉花,阿尔伯特和威尔金森,杰弗里。 (1980)。先进的无机化学。第四版。约翰·威利父子。