KALSIUMOKSYD (CAO): STRUKTUR, EGENSKAPER OG BRUKSOMRÅDER - KJEMI - 2025

Den kalsiumoksyd (CaO) er en uorganisk forbindelse inneholdende kalsium og oksygen i ioniske former (ikke skal forveksles med kalsiumperoksyd CaO ₂ ). På verdensbasis er det kjent som kalk, et ord som betegner enhver uorganisk forbindelse som inneholder kalsiumkarbonater, oksider og hydroksider, samt andre metaller som silisium, aluminium og jern.

Dette oksidet (eller kalket) blir også referert til som kalk eller slakt kalk, avhengig av om det er hydrert eller ikke. Quicklime er kalsiumoksyd, mens slaktet kalk er dets hydroksyd. På sin side er kalkstein (kalkstein eller herdet kalk) faktisk en sedimentær bergart som hovedsakelig består av kalsiumkarbonat (CaCO ₃ ).

Det er en av de største naturlige kildene til kalsium og utgjør råstoffet for produksjon av kalsiumoksyd. Hvordan produseres denne rusten? Karbonater er utsatt for termisk spaltning; oppvarming av kalsiumkarbonater til temperaturer høyere enn 825 ºC, fører til dannelse av kalk og karbondioksid.

Ovennevnte utsagn kan beskrives slik: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Fordi jordskorpen er rik på kalkstein og kalsitt, og skjell (råvarer for produksjon av kalsiumoksid) er rikelig i havene og strendene, er kalsiumoksid et relativt billig reagens.

Formel

Den kjemiske formelen for kalsiumoksyd er CaO, der kalsiumionet er som syre (elektronakseptor) Ca ²⁺ , og oksygen som basisk ion (elektrondonor) O ^2- .

Hvorfor lades kalsium +2? Fordi kalsium tilhører gruppe 2 i det periodiske systemet (Mr. Becambara), og det bare har to valenselektroner tilgjengelig for dannelse av bindinger, som det gir opp til oksygenatomet.

Struktur

I det øvre bildet er den krystallinske strukturen (perlesalttype) for kalsiumoksyd representert. De voluminøse røde kulene tilsvarer Ca ²⁺ -ionene og de hvite kulene til O ^2- -ionene .

I dette kubiske krystallarrangementet er hvert Ca ²⁺ -ion omgitt av seks O ^2- ioner , okkludert i de oktaedriske hullene som etterlater de store ionene mellom seg.

Denne strukturen uttrykker maksimalt ionekarakteren til dette oksydet, selv om den bemerkelsesverdige forskjellen i radiene (den røde sfæren er større enn den hvite) gir den en svakere krystallinsk gitterenergi sammenlignet med MgO.

Egenskaper

Fysisk er det et hvitt krystallinsk, luktfritt fast stoff med sterke elektrostatiske interaksjoner, som er ansvarlig for dets høye smeltepunkter (2572 ºC) og kokepunktene (2850 ºC). Videre har den en molekylvekt på 55.958 g / mol og den interessante egenskapen å være termoluminescerende.

Dette betyr at et stykke kalsiumoksid utsatt for en flamme kan gløde med et intenst hvitt lys, kjent på engelsk som rampelys, eller på spansk, kalsiumlys. Ca ²⁺ -ioner har , i kontakt med ild, en rødlig flamme, som det kan sees på følgende bilde.

Rampelys eller rampelys

løselighet

CaO er et basisk oksyd som har en sterk affinitet for vann, i en slik grad at det absorberer fuktighet (det er et hygroskopisk fast stoff), og reagerer umiddelbart for å produsere slaked kalk eller kalsiumhydroksyd:

CaO (s) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Denne reaksjonen er eksoterm (avgir varme) på grunn av dannelse av et fast stoff med sterkere interaksjoner og et mer stabilt krystallgitter. Reaksjonen er imidlertid reversibel hvis Ca (OH) ₂ varmes opp , dehydrerer den og antenner den slakkede kalk; da blir kalket "gjenfødt".

Den resulterende løsningen er veldig grunnleggende, og hvis den er mettet med kalsiumoksyd, når den en pH på 12,8.

På samme måte er det løselig i glyserol og i syre- og sukkerløsninger. Som det er en basisk oksid, naturligvis har den effektive vekselvirkninger med sure oksyder (SiO ₂ , Al ₂ O ₃ og Fe ₂ O ₃ , for eksempel), er oppløselige i sine væskefaser. På den annen side er det uoppløselig i alkoholer og organiske løsningsmidler.

applikasjoner

CaO har en enorm uendelig industriell bruk, så vel som i syntese av acetylen (CH≡CH), i ekstraksjon av fosfater fra avløpsvann og i reaksjon med svoveldioksid fra gassformig avfall.

Andre bruksområder for kalsiumoksyd er beskrevet nedenfor:

Som mørtel

Hvis kalsiumoksyd blandes med sand (SiO ₂ ) og vann, kaker det med sand og reagerer sakte med vann for å danne slakt kalk. I sin tur løses CO _{2 i} luften opp i vannet og reagerer med det slakede saltet og danner kalsiumkarbonat:

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

CaCO ₃ er en mer motstandsdyktig og hardere forbindelse enn CaO, noe som får mørtelen (den forrige blanding) til å herde og feste mursteinene, blokkene eller keramikken mellom dem eller til ønsket overflate.

I glassproduksjon

Det essensielle råstoffet for fremstilling av glass er silisiumoksider, som er blandet med kalk, natriumkarbonat (Na ₂ CO ₃ ) og andre tilsetningsstoffer, for deretter å bli underkastet oppvarming, noe som resulterer i et glassaktig faststoff. Dette faste stoffet blir deretter oppvarmet og blåst inn i alle figurer.

I gruvedrift

Slaked kalk opptar et større volum enn hurtigkalk på grunn av interaksjoner mellom hydrogenbinding (OHO). Denne egenskapen brukes til å bryte steinene innenfra.

Dette oppnås ved å fylle dem med en kompakt blanding av kalk og vann, som er forseglet for å fokusere varmen og den ekspansive kraften i fjellet.

Som et silikatfjerningsmiddel

CaO smelter sammen med silikater for å danne en koalescerende væske, som deretter ekstraheres fra råvaren til et bestemt produkt.

For eksempel er jernmalm råvaren for produksjon av metallisk jern og stål. Disse mineralene inneholder silikater, som er uønskede urenheter for prosessen og fjernes ved metoden som nettopp er beskrevet.

Kalsiumoksyd nanopartikler

Kalsiumoksyd kan syntetiseres som nanopartikler, og varierer konsentrasjonene av kalsiumnitrat (Ca (NO ₃ ) ₂ ) og natriumhydroksyd (NaOH) i løsning.

Disse partiklene er sfæriske, grunnleggende (som makroskalaen er faste) og har mye overflateareal. Følgelig er disse egenskapene fordel med katalytiske prosesser. Hvilken? Forskning svarer for øyeblikket på det spørsmålet.

Disse nanopartiklene er blitt brukt til å syntetisere substituerte organiske forbindelser - for eksempel derivater av pyridiner - i formuleringen av nye medikamenter for å utføre kjemiske transformasjoner som kunstig fotosyntese, for rensing av vann fra tunge og skadelige metaller, og som fotokatalytiske midler.

Nanopartiklene kan syntetiseres på en biologisk støtte, for eksempel papaya og grønne teblader for å bruke dem som et antibakterielt middel.

referanser

1. scifun.org. (2018). Kalk: kalsiumoksyd. Hentet 30. mars 2018, fra: scifun.org.
2. Wikipedia. (2018). Kalsiumoksyd. Hentet 30. mars 2018, fra: en.wikipedia.org
3. Ashwini Anantharaman et al. (2016). Grønn syntese av kalsiumoksyd-nanopartikler og dens anvendelser. Int. Journal of Engineering Research and Application. ISSN: 2248-9622, bind 6, utgave 10, (del -1), s.27-31.
4. J. Safaei-Ghomi et al. (2013). Kalsiumoksyd-nanopartikler katalyserte en-trinns multikomponentsyntese av høysubstituerte pyridiner i vandige etanolmedier Scientia Iranica, Transactions C: Chemistry and Chemical Engineering 20 549–554.
5. Pubchem. (2018). Kalsiumoksid. Hentet 30. mars 2018, fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. I Elementene i gruppe 2. (fjerde utgave., S. 280). Mc Graw Hill.