KALCIJEV OKSID (CAO): ZGRADBA, LASTNOSTI IN UPORABE - KEMIJA - 2025

Kalcijevega oksida (CaO) anorganska spojina, ki vsebuje kalcij in kisik v ionskih oblikah (ni treba zamenjati s kalcijem peroksid CaO ₂ ). Po vsem svetu je znana kot apno, beseda, ki označuje katero koli anorgansko spojino, ki vsebuje poleg drugih kovin, kot so silicij, aluminij in železo, kalcijeve karbonate, okside in hidrokside.

Ta oksid (ali apno) se pogovorno imenuje tudi apno ali žgano apno, odvisno od tega, ali je hidriran ali ne. Hitro apno je kalcijev oksid, slano apno pa je njegov hidroksid. Apnenec (apnenec ali utrjeno apno) je dejansko sedimentna kamnina, sestavljena večinoma iz kalcijevega karbonata (CaCO ₃ ).

Je eden največjih naravnih virov kalcija in predstavlja surovino za proizvodnjo kalcijevega oksida. Kako nastaja ta rje? Karbonati so dovzetni za termično razpadanje; segrevanje kalcijevih karbonatov na temperature višje od 825 ºC vodi do nastanka apna in ogljikovega dioksida.

Zgornjo trditev lahko opišemo takole: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Ker je zemeljska skorja bogata z apnencem in kalcitom, školjke (surovine za proizvodnjo kalcijevega oksida) pa so v oceanih in plažah obilne, je kalcijev oksid relativno poceni reagent.

Formula

Kemična formula kalcijevega oksida je CaO, v kateri je kalcijev ion podoben kislini (sprejemnik elektronov) Ca ²⁺ , kisik pa kot osnovni ion (darovalec elektronov) O ^2- .

Zakaj se kalcij zaračuna +2? Ker kalcij spada v skupino 2 periodične tabele (g. Becambara) in ima na voljo le dva valenčna elektrona za tvorbo vezi, ki ju oddaja kisikovemu atomu.

Struktura

Na zgornji sliki je predstavljena kristalna struktura (vrsta gem soli) za kalcijev oksid. Voluminozne rdeče krogle ustrezajo ionom Ca ^2+, bele krogle pa ionom O ² .

V tej kubični kristalni ureditvi je vsak ion Ca ²⁺ obdan s šestimi O ^2- ioni , okluziranimi v oktaedrskih vrzelih, ki puščajo velike ione med njimi.

Ta struktura izraža največjo ionsko lastnost tega oksida, čeprav opazna razlika v polmelih (rdeča krogla je večja od bele) daje šibkejšo kristalno energijo rešetke v primerjavi z MgO.

Lastnosti

Fizično je bela kristalna trdna snov brez vonja z močnimi elektrostatičnimi interakcijami, ki so odgovorna za njene visoke tališča (2572 ºC) in vrelišče (2850 ºC). Poleg tega ima molekulsko maso 55,958 g / mol in zanimivo lastnost, da je termoluminescenten.

To pomeni, da lahko košček kalcijevega oksida, ki je izpostavljen plamenu, sveti z močno belo svetlobo, ki je v angleščini znana kot reflektor ali v španščini kalcijeva svetloba. Ioni Ca ²⁺ , ki so v stiku z ognjem, tvorijo rdečkast plamen, kot je razvidno iz naslednje slike.

Limelight ali reflektor

Topnost

CaO je bazični oksid, ki ima močno afiniteto do vode, do te mere, da absorbira vlago (je higroskopska trdna snov) in takoj reagira, da nastane vodna apna ali kalcijev hidroksid:

CaO (y) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Ta reakcija je eksotermična (oddaja toploto) zaradi tvorbe trdne snovi z močnejšimi interakcijami in bolj stabilno kristalno rešetko. Vendar je reakcija reverzibilna, če se Ca (OH) ₂ segreva , dehidrira in vžge gašeno apno; potem se apno "prerodi".

Nastala raztopina je zelo bazična in če je nasičena s kalcijevim oksidom, doseže pH 12,8.

Prav tako je topen v glicerolu ter v raztopinah kisline in sladkorja. Ker je osnovni oksid, ima seveda učinkovite interakcije s kislimi oksidi (na primer SiO ₂ , Al ₂ O ₃ in Fe ₂ O ₃ ), saj je topen v svojih tekočih fazah. Po drugi strani je netopen v alkoholih in organskih topilih.

Prijave

CaO ima veliko neskončnosti v industrijski uporabi, pa tudi pri sintezi acetilena (CH≡CH), pri črpanju fosfatov iz odpadne vode in v reakciji z žveplovim dioksidom iz plinastih odpadkov.

Spodaj so opisane druge uporabe kalcijevega oksida:

Kot malta

Če se kalcijev oksid zmeša s peskom (SiO ₂ ) in vodo, se ta pesek in pesek počasi reagira z vodo, da nastane poševno apno. CO ₂ na zraku se raztopi v vodi in reagira z soljeno soljo, da tvori kalcijev karbonat:

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

CaCO ₃ je bolj odporna in trša spojina kot CaO, zaradi katere se malta (prejšnja mešanica) strdi in pritrdi opeke, bloke ali keramiko med njimi ali na želeno površino.

V proizvodnji stekla

Bistvena surovina za proizvodnjo kozarcev so silicijevi oksidi, ki jih pomešamo z apnom, natrijevim karbonatom (Na ₂ CO ₃ ) in drugimi dodatki, ki jih nato segrevamo, kar ima za posledico stekleno trdno snov. To trdno snov se nato segreje in raznese v poljubne številke.

V rudarstvu

Galirano apno zavzema večjo količino kot apno zaradi interakcij z vodikovim vezjem (OHO). Ta lastnost se uporablja za lomljenje kamnin od znotraj.

To dosežemo tako, da jih napolnimo s kompaktno mešanico apna in vode, ki jo zapremo, da osredotočimo svojo toploto in ekspanzivno moč znotraj skale.

Kot sredstvo za odstranjevanje silikata

CaO se zlije s silikati, da nastane koalescentna tekočina, ki se nato izloči iz surovine določenega izdelka.

Železove rude so na primer surovina za proizvodnjo kovinskega železa in jekla. Ti minerali vsebujejo silikate, ki so nezaželene nečistoče za postopek in se odstranijo s pravkar opisano metodo.

Nanodelci kalcijevega oksida

Kalcijev oksid se lahko sintetizira kot nanodelci, pri čemer se v raztopini spreminjajo koncentracije kalcijevega nitrata (Ca (NO ₃ ) ₂ ) in natrijevega hidroksida (NaOH).

Ti delci so sferični, bazični (kot je trdna makro-lestvica) in imajo veliko površino. Posledično te lastnosti koristijo katalitičnim procesom. Kateri? Raziskave trenutno odgovarjajo na to vprašanje.

Ti nanodelci so bili uporabljeni za sintezo nadomeščenih organskih spojin - kot so derivati ​​piridinov - pri sestavljanju novih zdravil za izvajanje kemičnih transformacij, kot je umetna fotosinteza, za čiščenje vode iz težkih in škodljivih kovin in kot fotokatalizne snovi.

Nanodelce lahko sintetiziramo na biološkem nosilcu, kot sta papaja in listi zelenega čaja, da jih uporabimo kot protibakterijsko sredstvo.

Reference

1. scifun.org. (2018). Apna: kalcijev oksid. Pridobljeno 30. marca 2018 z: scifun.org.
2. Wikipedija. (2018). Kalcijev oksid. Pridobljeno 30. marca 2018 z: en.wikipedia.org
3. Ashwini Anantharaman in sod. (2016). Zelena sinteza nanodelcev kalcijevega oksida in njegove uporabe. Int. Časopis za inženirske raziskave in uporabo. ISSN: 2248-9622, letnik 6, številka 10, (1. del), str. 27-31.
4. J. Safaei-Ghomi in sod. (2013). Nanodelci kalcijevega oksida so katalizirali enostopenjsko večkomponentno sintezo visoko substituiranih piridinov v vodnem etanolnem mediju Scientia Iranica, Transakcije C: Kemija in kemijsko inženirstvo 20 549–554.
5. PubChem. (2018). Kalcijev oksid. Pridobljeno 30. marca 2018 iz: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. V Elementi 2. skupine (četrta izdaja, str. 280). Mc Graw Hill.