Struktura tlenku wapnia (CaO), właściwości i zastosowania



The tlenek wapnia (CaO) jest związkiem nieorganicznym, który zawiera wapń i tlen w formach jonowych (nie należy mylić z nadtlenkiem wapnia, CaO2). Znane jest na całym świecie jako wapno, słowo oznaczające dowolny związek nieorganiczny zawierający węglany, tlenki i wodorotlenki wapnia, a także inne metale, takie jak krzem, aluminium i żelazo..

Ten tlenek (lub wapno) jest również określany potocznie jako wapno palone lub wapno gaszone, w zależności od tego, czy jest uwodniony czy nie. Wapno jest tlenkiem wapnia, podczas gdy wapno gaszone jest jego wodorotlenkiem. Z kolei wapień (kamień wapienny lub wapno utwardzone) jest w rzeczywistości skałą osadową złożoną głównie z węglanu wapnia (CaCO3). 

Jest jednym z największych naturalnych źródeł wapnia i stanowi surowiec do produkcji tlenku wapnia. Jak powstaje ten tlenek? Węglany są podatne na rozkład termiczny; ogrzewanie węglanów wapnia w temperaturach powyżej 825 ° C, prowadzące do powstawania wapna i dwutlenku węgla.

Powyższe stwierdzenie można opisać następująco: CaCO3(s) → CaO (s) + CO2(g) Ponieważ skorupa ziemska jest bogata w wapień i kalcyt, a na oceanach i plażach występują obfite muszle morskie (surowce do produkcji tlenku wapnia), tlenek wapnia jest stosunkowo tanim odczynnikiem.

Indeks

  • 1 Formuła
  • 2 Struktura
  • 3 Właściwości
    • 3.1 Rozpuszczalność
  • 4 zastosowania
    • 4.1 Jako zaprawa 
    • 4.2 Przy produkcji okularów
    • 4.3 W górnictwie
    • 4.4 Jako zmywacz krzemianów
  • 5 Nanocząstki tlenku wapnia
  • 6 referencji

Formuła

Wzór chemiczny tlenku wapnia to CaO, w którym wapń jest jak jon kwasowy (akceptor elektronów) Ca2+, i tlen jako jon zasadowy (donor elektronów) OR2--.

Dlaczego wapń ma ładunek +2? Ponieważ wapń należy do grupy 2 układu okresowego (Pan Becambara) i ma tylko dwa elektrony walencyjne dostępne do tworzenia wiązań, które ulegają atomowi tlenu.

Struktura

Na górnym obrazie przedstawiono strukturę krystaliczną (typ soli gem) dla tlenku wapnia. Obszerne czerwone kule odpowiadają jonom Ca.2+ a białe kule do jonów O2-.

W tym sześciennym układzie kryształów każdy jon Ca.2+ jest otoczony przez sześć jonów O2-, zamknięte w oktaedrycznych otworach pozostawionych przez duże jony między nimi.

Ta struktura maksymalnie wyraża jonowy charakter tego tlenku, chociaż znaczna różnica promieni (czerwona kula jest większa niż biała) nadaje słabszą krystaliczną energię siatkową w porównaniu z MgO.

Właściwości

Fizycznie jest krystalicznym białym ciałem stałym, bezwonnym iz silnymi oddziaływaniami elektrostatycznymi, które odpowiadają za jego wysokie temperatury topnienia (2572 ° C) i wrzenie (2850 ° C). Ponadto ma masę cząsteczkową 55,958 g / mol i interesującą właściwość termoluminescencji.

Oznacza to, że kawałek tlenku wapnia wystawiony na działanie płomienia może świecić intensywnym białym światłem, znanym po angielsku z nazwą światło reflektorów, lub po hiszpańsku, światło wapnia. Jony Ca.2+, w kontakcie z ogniem powodują czerwonawy płomień, jak pokazano na poniższym rysunku.

Rozpuszczalność

CaO jest zasadowym tlenkiem, który ma silne powinowactwo do wody, do tego stopnia, że ​​absorbuje wilgoć (jest to higroskopijne ciało stałe), reagując natychmiast w celu wytworzenia wapna gaszonego lub wodorotlenku wapnia:

CaO (s) + H2O (l) => Ca (OH)2(s)

Ta reakcja jest egzotermiczna (uwalnia ciepło) z powodu tworzenia ciała stałego o silniejszych oddziaływaniach i bardziej stabilnej sieci krystalicznej. Reakcja jest jednak odwracalna, jeśli Ca (OH) jest ogrzewany2, odwodnienie i oświetlenie wapna gaszonego; potem wapno „odrodzone”.

Otrzymany roztwór jest bardzo zasadowy i jeśli jest nasycony tlenkiem wapnia, osiąga pH 12,8.

Podobnie jest rozpuszczalny w glicerolu i roztworach kwasu i cukru. Ponieważ jest to tlenek zasadowy, w naturalny sposób oddziałuje skutecznie z kwasowymi tlenkami (SiO2, Al2O3 i wiara2O3, na przykład) rozpuszczalny w jego ciekłych fazach. Z drugiej strony jest nierozpuszczalny w alkoholach i rozpuszczalnikach organicznych.

Używa

CaO ma wiele zastosowań przemysłowych, jak również w syntezie acetylenu (CH≡CH), w ekstrakcji fosforanów ze ścieków oraz w reakcji z dwutlenkiem siarki z odpadów gazowych..

Inne zastosowania tlenku wapnia opisano poniżej:

Jako moździerz

Jeśli tlenek wapnia jest zmieszany z piaskiem (SiO2) i wody, ciasta z piaskiem i reaguje powoli z wodą, tworząc wapno gaszone. Z kolei CO2 powietrza rozpuszcza się w wodzie i reaguje z solą, tworząc węglan wapnia:

Ca (OH)2(s) + CO2(g) => CaCO3(s) + H2O (l)

CaCO3 Jest bardziej odpornym i twardszym związkiem niż CaO, powodując, że zaprawa (poprzednia mieszanina) twardnieje i mocuje cegły, bloki lub ceramikę między nimi lub na pożądanej powierzchni.

W produkcji okularów

Podstawowym surowcem do produkcji szkieł są tlenki krzemu, które miesza się z wapnem, węglanem sodu (Na2CO3) i inne dodatki, które następnie poddaje się ogrzewaniu, w wyniku czego powstaje szklista substancja stała. To ciało stałe jest następnie ogrzewane i wdmuchiwane na dowolne liczby.

W górnictwie

Wapno gaszone zajmuje większą objętość niż wapno palone dzięki oddziaływaniom wiązania wodorowego (O-H-O). Ta właściwość służy do rozbijania skał od wewnątrz.

Osiąga się to poprzez wypełnienie ich zwartą mieszaniną wapna i wody, która jest uszczelniona, aby skupić ciepło i ekspansywną moc w skale.

Jako zmywacz do krzemianów

CaO jest stapiany z krzemianami, tworząc płyn koalescencyjny, który jest następnie ekstrahowany z surowca określonego produktu.

Na przykład rudy żelaza są surowcem do produkcji metalicznego żelaza i stali. Te minerały zawierają krzemiany, które są niepożądanymi zanieczyszczeniami dla procesu i są eliminowane właśnie opisaną metodą.

Nanocząstki tlenku wapnia

Tlenek wapnia można syntetyzować jako nanocząstki, zmieniając stężenie azotanu wapnia (Ca (NO3)2) i wodorotlenek sodu (NaOH) w roztworze.

Cząstki te są sferyczne, podstawowe (jak również bryły w skali makro) i mają dużą powierzchnię. W konsekwencji właściwości te są korzystne dla procesów katalitycznych. Co? Dochodzenia obecnie odpowiadają na to pytanie.

Te nanocząstki zostały wykorzystane do syntezy podstawionych związków organicznych - pochodzących z pirydyn - w formułowaniu nowych leków do przeprowadzania przemian chemicznych, takich jak sztuczna fotosynteza, do oczyszczania wody z ciężkich i szkodliwych metali, i jak środki fotokatalityczne.

Nanocząstki można syntetyzować na nośniku biologicznym, takim jak liście papai i zielonej herbaty, które mają być stosowane jako środek przeciwbakteryjny.

Referencje

  1. scifun.org (2018). Wapno: tlenek wapnia. Źródło: 30 marca 2018 r. Z: scifun.org.
  2. Wikipedia. (2018). Tlenek wapnia. Pobrane 30 marca 2018 r. Z: en.wikipedia.org
  3. Ashwini Anantharaman i in. (2016). Zielona synteza nanocząstek tlenku wapnia i jego zastosowań. Int. Journal of Engineering Research and Application. ISSN: 2248-9622, tom 6, wydanie 10, (część -1), str. 27-31.
  4. J. Safaei-Ghomi i in. (2013). Nanocząstki tlenku wapnia katalizowały jednoetapową wieloskładnikową syntezę wysoko podstawionych pirydyn w wodnym roztworze etanolu Scientia Iranica, Transakcje C: Chemia i inżynieria chemiczna 20 549-554.
  5. PubChem. (2018). Tlenek wapnia. Źródło: 30 marca 2018 r. Z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  6. Shiver i Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna W Elementy grupy 2. (czwarte wydanie, strona 280). Mc Graw Hill.