Основные оксиды. Тривиальные названия некоторых неорганических соединений
Негашёная известь - это оксид кальция. Его получают в лабораториях и промышленным путём из природных материалов. Вещество активно используется в строительстве и промышленности.
Физические свойства
Оксид кальция - неорганическое кристаллическое вещество в виде белого или серо-белого порошка без запаха и вкуса. Твёрдое вещество кристаллизуется в кубические гранецентрированные кристаллические решётки по типу хлорида натрия (NaCl).
Рис. 1. Кубические гранецентрированные кристаллические решётки.
Общее описание вещества представлено в таблице.
Оксид кальция - едкое вещество, относящееся ко второму классу опасности. Агрессивные свойства проявляет при взаимодействии с водой, образуя гашёную известь.
Рис. 2. Порошок оксида кальция.
Получение
Оксид кальция также называют жжёной известью из-за способа получения. Получают негашёную известь путём нагревания и разложения известняка - карбоната кальция (CaCO 3).
Это природное вещество, встречающееся в форме минералов - арагонита, ватерита, кальцита. Входит в состав мрамора, мела, известняка.
Реакция получения оксида кальция из известняка выглядит следующим образом:
CaCO 3 → CaO + CO 2 .
Кроме того, негашёную известь можно получить двумя способами:
- из простых веществ, наращивая оксидный слой на металле -
2Ca + O 2 → 2CaO;
- при термической обработке гидроксида или солей кальция -
Ca(OH) 2 → CaO + H 2 O; 2Ca(NO 3) 2 → 2CaO + 4NO 2 + O 2 .
Реакции протекают при высоких температурах. Температура сожжения известняка - 900-1200°C. При 200-300°C на поверхности металла начинает образовываться оксид. Для разложения солей и гидроксида необходима температура в 500-600°C.
Химические свойства
Оксид кальция является высшим оксидом и максимально проявляет окислительные свойства. Соединения взаимодействует с неорганическими веществами и свободными галогенами. Основные химические свойства оксида приведены в таблице.
Применение
Оксид используется в пищевой промышленности в качестве:
- улучшителя муки и хлеба;
- пищевой добавки Е529;
- регулятора кислотности;
- питательной среды для дрожжей;
- катализатора гидрогенизации (присоединения водорода) жиров.
Кроме того, негашёная известь применяется в химической и строительной промышленности для производства различных веществ:
- масел;
- стеарата кальция;
- солидола;
- огнеупорных материалов;
- гипса;
- высокоглиноземистого цемента;
- силикатного кирпича.
Рис. 3. Цемент, кирпич, гипс получают из оксида кальция.
Что мы узнали?
Оксид кальция или негашёная известь - кристаллическое вещество, бурно реагирующее с водой и образующее гашёную известь. Широко используется в промышленности, в частности пищевой и строительной. Зарегистрирован как пищевая добавка Е529. Имеет высокие температуры плавления и кипения, растворяется только в глицерине. Образуется при сжигании карбоната кальция. Проявляет окислительные свойства, образует соли с оксидами и кислотами, взаимодействует с углеродом и алюминием.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.7 . Всего получено оценок: 99.
Кальций - элемент 4-го периода и ПА-группы Периодической системы, порядковый номер 20. Электронная формула атома [ 18 Ar]4s 2 , степени окисления +2 и 0. Относится к щелочноземельным металлам. Имеет низкую электроотрицательность (1,04), проявляет металлические (основные) свойства. Образует (как катион) многочисленные соли и бинарные соединения. Многие соли кальция малорастворимы в воде. В природе — шестой по химической распространенности элемент (третий среди металлов), находится в связанном виде. Жизненно важный элемент для всех организмов.Недостаток кальция в почве восполняется внесением известковых удобрений (СаС0 3 , СаО, цианамид кальция CaCN 2 и др.). Кальций, катион кальция и его соединения окрашивают пламя газовой горелки в темно-оранжевый цвет (качественное обнаружение ).
Кальций Са
Серебристо-белый металл, мягкий, пластичный. Во влажном воздухе тускнеет и покрывается пленкой из СаО и Са(ОН) 2 .Весьма реакционноспособный; воспламеняется при нагревании на воздухе, реагирует с водородом, хлором, серой и графитом:
Восстанавливает другие металлы из их оксидов (промышленно важный метод — кальцийтермия ):
Получение кальция в промышленности :
Кальций применяется для удаления примесей неметаллов из металлических сплавов, как компонент легких и антифрикционных сплавов, для выделения редких металлов из их оксидов.
Оксид кальция СаО
Основный оксид. Техническое название негашёная известь. Белый, весьма гигроскопичный. Имеет ионное строение Ca 2+ O 2- . Тугоплавкий, термически устойчивый, летучий при прокаливании. Поглощает влагу и углекислый газ из воздуха. Энергично реагирует с водой (с высоким экзо- эффектом), образует сильно щелочной раствор (возможен осадок гидроксида), процесс называется гашение извести. Реагирует с кислотами, оксидами металлов и неметаллов. Применяется для синтеза других соединений кальция, в производстве Са(ОН) 2 , СаС 2 и минеральных удобрений, как флюс в металлургии, катализатор в органическом синтезе, компонент вяжущих материалов в строительстве.
Уравнения важнейших реакций:
Получение СаО в промышленности — обжиг известняка (900-1200 °С):
СаСО3 = СаО + СО2
Гидроксид кальция Са(ОН) 2
Основный гидроксид. Техническое название гашёная известь. Белый, гигроскопичный. Имеет ионное строение Са 2+ (ОН —) 2 . Разлагается при умеренном нагревании. Поглощает влагу и углекислый газ из воздуха. Малорастворим в холодной воде (образуется щелочной раствор), еще меньше — в кипящей воде. Прозрачный раствор (известковая вода) быстро мутнеет из-за выпадения осадка гидроксида (суспензию называют известковое молоко). Качественная реакция на ион Са 2+ — пропускание углекислого газа через известковую воду с появлением осадка СаС0 3 и переходом его в раствор. Реагирует с кислотами и кислотными оксидами, вступает в реакции ионного обмена. Применяется в производстве стекла, белильной извести, известковых минеральных удобрений, для каустификации соды и умягчения пресной воды, а также для приготовления известковых строительных растворов — тестообразных смесей (песок + гашёная известь + вода), служащих связующим материалом для каменной и кирпичной кладки, отделки (оштукатуривания) стен и других строительных целей. Отвердевание («схватывание») таких растворов обусловлено поглощением углекислого газа из воздуха.
Оксид кальция - это кристаллическое соединение белого цвета. Другие названия этого вещества - негашеная известь, окись кальция, «кирабит», «кипелка». Оксид кальция, формула которого CaO, и его продукт взаимодействия с (H2O) водой - Ca(OH)2 («пушонка», или гашеная известь) нашли широкое применение в строительном деле.
Как получают оксид кальция?
1. Промышленный способ получения данного вещества заключается в термическом (под воздействием температуры) разложении известняка :
CaCO3 (известняк) = CaO (кальция оксид) + CO2 (углекислый газ)
2. Также кальция оксид можно получить посредством взаимодействия простых веществ:
2Ca (кальций) + O2 (кислород) = 2CaO (кальция оксид)
3. Третий способ кальция заключается в термическом разложении кальция гидроксида (Ca(OH)2) и кальциевых солей нескольких кислородсодержащих кислот:
2Ca(NO3)2 = 2CaO (получаемое вещество) + 4NO2 + O2 (кислород)
оксида кальция
1. Внешний вид: кристаллическое соединение белого цвета. Кристаллизуется по типу хлорида натрия (NaCl) в кубической кристаллической гранецентрированной решетке.
2. Молярная масса составляет 55,07 грамм/моль.
3. Плотность равна 3,3 грамм/сантиметр³.
Термические свойства оксида кальция
1. Температура плавления равна 2570 градусов
2. Температура кипения составляет 2850 градусов
3. Молярная теплоёмкость (при стандартных условиях) равна 42.06 Дж/(моль·К)
4. Энтальпия образования (при стандартных условиях) составляет -635 кДж/моль
Химические свойства оксида кальция
Оксид кальция (формула CaO) - это основной оксид. Поэтому он может:
Растворяться в воде (H2O) с выделением энергии. При этом образуется гидроксид кальция. Эта реакция выглядит так:
CaO (оксид кальция) + H2O (вода) = Ca(OH)2 (кальциевый гидроксид) + 63,7 кДж/моль;
Реагировать с кислотами и кислотными оксидами. При этом образуются соли. Вот примеры реакций:
CaO (кальциевый оксид) + SO2 (сернистый ангидрид) = CaSO3 (сульфит кальция)
CaO (кальциевый оксид) + 2HCl (соляная кислота) = CaCl2 (кальциевый хлорид) + H2O (вода).
Применение оксида кальция:
1. Основные объемы рассматриваемого нами вещества используются при производстве силикатного кирпича в строительстве. Раньше негашеную известь использовали в качестве известкового цемента. Его получали при ее смешивании с водой (H2O). В результате оксид кальция переходил в гидроксид, который потом, поглощая из атмосферы (CO2), сильно твердел, превращаясь в кальция карбонат (CaCO3). Несмотря на дешевизну этого метода, в настоящее время цемент известковый практически не применяется в строительстве, так как он обладает способностью хорошо впитывать и накапливать в себе жидкость.
2. В качестве огнеупорного материала оксид кальция подходит как недорогой и доступный материал. Плавленый кальциевый оксид имеет устойчивость к воздействию воды (H2O), что позволило его применять в качестве огнеупора там, где использование дорогостоящих материалов нецелесообразно.
3. В лабораториях используют кальция для сушения тех веществ, которые с ним не реагируют.
4. В пищевой отрасли данное вещество зарегистрировано в качестве пищевой добавки под обозначением Е 529. Используется в качестве эмульгатора для создания однородной смеси из несмешиваемых между собой веществ - воды, масла и жира.
5. В промышленности кальциевый оксид используют для удаления сернистого ангидрида (SO2) из дымовых газов. Применяют, как правило, 15% раствор водяной. В результате реакции, в которой взаимодействуют гашеная известь и диоксид серы, получается гипс CaCO4 и CaCO3. При проведении экспериментов ученые добивались показателя в 98% отчистки дыма от диоксида серы.
6. Используется в специальной «самогреющейся» посуде. Емкость с небольшим количеством кальциевого оксида располагается между двух стенок сосуда. При прокалывании капсулы в воде начинается реакция с выделением некоторого количества тепла.
негашеная известь (рус. Известь негашеная; англ. Quicklime; нем. Ungelöschter Kalk) — неорганическая бинарное соединение кальция и кислорода состава CaO. Вяжущее минеральная кристаллическая тугоплавкий вещество белого цвета. Температура плавления 2585 ° С. Проявляет сильные основные свойства.
В технике оксид кальция называют обычно негашеной или жженым известью. Последнее название происходит от способа его получения: прожарки, или «выжигания» известняка. Получают путем обжига известняка, мела и других карбонатных пород. Процесс ведут при низких температурах разложения карбоната кальция.
Распространение в природе
Оксид кальция является одной из самых распространенных соединений в природе. Он часто встречается в составе природных карбонатов, параллельно с оксидом магния. Основными соединениями, из которых добывают CaO является кальцит, мрамор, известняк, арагонит, доломит и многие другие.
Химические свойства
С водой оксид кальция реагирует очень энергично, с выделением значительного количества тепла и образованием гидроксида кальция:
Реакцию взаимодействия оксида кальция с водой в технике называют «гашением» извести, а продукт реакции — гидроксид кальция — гашеной известью.
CaO проявляет сильные основные свойства: взаимодействует с кислотами и кислотными оксидами (в частности, активно поглощает углекислый газ из воздуха), с амфотерными оксидами:
Кальций подвергается восстановлению из оксида алюминием и коксом:
Получение
Производство в промышленности
Негашеная известь (оксид кальция) получают прокаливанием (выжиганием) известняка или мела. Карбонат кальция начинает разлагаться при 850 ° С. Чем выше температура, тем быстрее идет расписание. Но выше 1200 ° С примеси, у известняка, начинают обплавлятися, и это затрудняет процесс разложения. Поэтому «выжигания» известняка проводят при 1000-1200 ° С.
Процесс «выжигания» осуществляют в вертикальных шахтных печах, облицованных изнутри огнеупорным кирпичом. Шихту, то есть смесь известняка и кокса, загружают в печь через верхнее отверстие. Куски известняка и кокса делают такими, чтобы их диаметр был около 10 см. Тогда воздух и топочные газы легко проходят сквозь шихту, и известняк разлагается равномерно по всей массе.
Горячие газы, возникающие при горении топлива и расписании известняка, поднимаясь вверх, постепенно охлаждаются, нагревая шихту. Жженое известь опускается в нижнюю часть печи, где охлаждается воздухом, подаваемым снизу.
Получение в лаборатории
Синтез оксида кальция можно провести сожжением металлического кальция или его гидрида:
Другим вариантом является термическое разложение оксигенвмисних соединений кальция:
Применение
Известь очень широко применяется в строительном деле, а также в химической промышленности для получения хлорной извести. Ежегодная мировая добыча извести составляет сотни миллионов тонн.
В строительстве используют гашеная известь, то есть гидроксид кальция. С этой целью негашеная известь обрабатывают водой. При этом пористые куски оксида кальция (негашеной извести) жадно поглощают воду и реагируют с ней с выделением значительного количества тепла. В результате часть воды испаряется, а оксид кальция превращается в рыхлую массу гидроксида кальция (гашеной извести), которую называют пушонкой. При избытке воды гашеная известь образуется в виде тестообразной массы.
Изображения по теме
Природные соединения кальция (мел, мрамор, известняк, гипс) и продукты их простейшей переработки (известь) были известны людям с древних времен. В 1808 г. английский химик Хэмфри Дэви подверг электролизу влажную гашеную известь (гидроксид кальция) с ртутным катодом и получил амальгаму кальция (сплав кальция с ртутью). Из этого сплава, отогнав ртуть Дэви получил чистый кальций.
Он же предложил название нового химического элемента, от латинского "сalx" обозначавшего название известняка, мела и других мягких камней.
Нахождение в природе и получение:
Кальций - пятый по распространенности элемент в земной коре (более 3%), образует множество пород, в основе многих из которых - карбонат кальция. Некоторые из этих пород имеют органическое происхождение (ракушечник), показывающее важную роль кальция в живой природе.
Природный кальций - смесь 6 изотопов с массовыми числами от 40 до 48, причем на 40 Ca приходится 97% общего количества. Ядерными реакциями получены и другие изотопы кальция, например радиоактивный 45 Ca .
Для получения простого вещества кальция используется электролиз расплавов его солей или алюмотермия:
4CaO + 2Al = Ca(AlO 2) 2 + 3Ca
Физические свойства:
Серебристо-серый металл с кубической гранецентрированной решеткой, значительно более твердый, чем щелочные металлы. Температура плавления 842°C, кипения 1484°C, плотность 1,55 г/см 3 . При высоких давлениях и температурах около 20K переходит в состояние сверхпроводника.
Химические свойства:
Кальций не столь активен как щелочные металлы, тем не менее его приходится хранить под слоем минерального масла или в плотно запаянных металлических барабанах. Уже при обычной температуре он реагирует с кислородом и азотом воздуха, а также с водяными парами. При нагревании сгорает на воздухе красно-оранжевым пламенем, образуя оксид с примесью нитридов. Подобно магнию кальций продолжает гореть в атмосфере углекислого газа. При нагревании реагирует с другими неметаллами, образую не всегда очевидные по составу соединения, например:
Ca + 6B = CaB 6 или Ca + P => Ca 3 P 2 (а также CaP или CaP 5)
Во всех своих соединениях кальций имеет степень окисления +2.
Важнейшие соединения:
Оксид кальция CaO - ("негашёная известь") вещество белого цвета, щелочной оксид, энергично реагирует с водой ("гасится") переходя в гидроксид. Получают термическим разложением карбоната кальция.
Гидроксид кальция Ca(OH) 2 - ("гашёная известь") белый порошок, мало растворим в воде (0,16г/100г), сильная щелочь. Раствор ("известковая вода") используется для обнаружения углекислого газа.
Карбонат кальция CaCO 3
- основа большинства природных минералов кальция (мел, мрамор, известняк, ракушечник, кальцит, исландский шпат). В чистом виде вещество белого цвета или бесцв. кристаллы, При нагревании (900-1000 С) разлагается, образуя оксид кальция. Не р-рим, реагирует с кислотами, способен растворяться в воде, насыщенной углекислым газом, переходя в гидрокарбонат: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2 . Обратный процесс приводит к появлению отложений карбоната кальция, в частности таких образований, как сталактиты и сталагмиты
Встречается в природе также в составе доломита CaCO 3 *MgCO 3
Сульфат кальция CaSO 4 - вещество белого цвета, в природе CaSO 4 *2H 2 O ("гипс", "селенит"). Последний при осторожном нагревании (180 С) переходит в CaSO 4 *0,5H 2 O ("жжёный гипс", "алебастр") - белый порошок, при замешивании с водой снова образующий CaSO 4 *2H 2 O в виде твердого, достаточно прочного материала. Мало растворим в воде, в избытке серной кислоты способен растворяться, образуя гидросульфат.
Фосфат кальция Ca 3 (PO 4) 2 - ("фосфорит"), нерастворим, под действием сильных кислот переходит в более растворимые гидро- и дигидрофосфаты кальция. Исходное сырье для получения фосфора, фосфорной кислоты, фосфорных удобрений. Фосфаты кальция входят также в состав апатитов, природных соединений с примерной формулой Са 5 3 Y, где Y = F, Cl, или ОН, соответственно фтор-, хлор-, или гидроксиапатит. Наряду с фосфоритом апатиты входят в состав костного скелета многих живых организмов, в т.ч. и человека.
Фторид кальция CaF 2 - (природн.: "флюорит", "плавиковый шпат"), нерастворимое в-во белого цвета. Природные минералы имеют разнообразные окраски, обусловленные примесями. Светится в темноте при нагревании и при УФ-облучении. Увеличивает текучесть ("плавкость") шлаков при получении металлов, чем обусловлено его применение в качестве флюса.
Хлорид кальция CaCl 2 - бесцв. крист. в-во хорошо р-римое в воде. Образует кристаллогидрат CaCl 2 *6H 2 O. Безводный ("плавленый") хлорид кальция - хороший осушитель.
Нитрат кальция Ca(NO 3) 2 - ("кальциевая селитра") бесцв. крист. в-во хорошо р-римое в воде. Составная часть пиротехнических составов, придающее пламени красно-оранжевый цвет.
Карбид кальция CaС 2 - реагирует с водой, к-тами образуя ацетилен, напр.: CaС 2 + H 2 O = С 2 H 2 + Ca(OH) 2
Применение:
Металлический кальций используется как сильный восстановитель при получении некоторых трудновосстанавлиевых металлов ("кальциетермия"): хром, РЗЭ, торий, уран и др. В металлургии меди, никеля, специальных сталей и бронз кальций и его сплавы используется для удаления вредных примесей серы, фосфора, избыточного углерода.
Кальций используется также для связывания малых количеств кислорода и азота при получении глубокого вакуума и очистке инертных газов.
Нейтрон-избыточные ионы 48 Ca используются для синтеза новых химических элементов, например элемента №114, . Другой изотоп кальция, 45 Ca , используется как радиоактивная метка при исследованиях биологической роли кальция и его миграции в окружающей среде.
Основной областью применения многочисленных соединений кальция является производство строительных материалов (цемент, строительные смеси, гипсокартон и т.д.).
Кальций один из макроэлементов в составе живых организмов, образуя соединения необходимые для построения как внутреннего скелета позвоночных животных, так и внешнего многих беспозвоночных, скорлупу яиц.
Ионы кальция также участвуют в регуляции внутриклеточных процессов, обуславливают свертываемость крови. Нехватка кальция в детском возрасте приводит к рахиту, в пожилом - к остеопорозу. Источником кальция служат молочные продукты, гречка, орехи, а его усвоению способствует витамин D.
При нехватке кальция используются различные препараты: кальцекс, раствор хлорида кальция, глюконат кальция и др.
Массовая доля кальция в организме человека 1,4-1,7%, суточная потребность 1-1,3 г (в зависимости от возраста). Избыточное потребление кальция может привести к гиперкальцемии - отложению его соединений во внутренних органах, образованию тромбов в кровеносных сосудах.
Источники:
Кальций (элемент) // Википедия. URL:
http://ru.wikipedia.org/wiki/Кальций (дата обращения: 3.01.2014).
Популярная библиотека химических элементов:
Кальций. // URL: http://n-t.ru/ri/ps/pb020.htm (3.01.2014).