Повідомлення про оксид кальцію. Тривіальні назви деяких неорганічних сполук
Кальцій- Елемент 4-го періоду та ПА-групи Періодичної системи, порядковий номер 20. Електронна формула атома [ 18 Ar]4s 2 , ступеня окислення +2 і 0. Належить до лужноземельних металів. Має низьку електронегативність (1,04), виявляє металеві (основні) властивості. Утворює (як катіон) численні солі та бінарні сполуки. Багато солі кальцію малорозчинні у воді. В природі - шостийпо хімічній поширеності елемент (третій серед металів) знаходиться у зв'язаному вигляді. Життєво важливий елемент для всіх організмів. Нестача кальцію в ґрунті поповнюється внесенням вапняних добрив (СаС03, СаО, ціанамід кальцію CaCN2 та ін.). Кальцій, катіон кальцію та його сполуки забарвлюють полум'я газового пальника у темно-оранжевий колір ( якісне виявлення).
Кальцій Са
Сріблясто-білий метал, м'який, пластичний. У вологому повітрі тьмяніє і покривається плівкою з СаО і Са(ОН) 2 .Дуже реакційноздатний; займається при нагріванні на повітрі, реагує з воднем, хлором, сіркою та графітом:
Відновлює інші метали з їх оксидів (промислово важливий метод кальційтермія):
Отриманнякальцію в промисловості:
Кальцій застосовується видалення домішок неметалів з металевих сплавів, як компонент легких і антифрикційних сплавів, виділення рідкісних металів з їх оксидів.
Оксид кальцію СаО
Основний оксид. Технічна назва негашене вапно. Білий, дуже гігроскопічний. Має іонну будову Ca 2+ O 2- . Тугоплавкий, термічно стійкий, леткий при прожарюванні. Поглинає вологу та вуглекислий газ із повітря. Енергійно реагує з водою (з високим екзо-ефектом), утворює сильно лужний розчин (можливий осад гідроксиду), процес називається гасіння вапна. Реагує з кислотами, оксидами металів та неметалів. Застосовується для синтезу інших сполук кальцію, у виробництві Са(ОН) 2 , СаС 2 та мінеральних добрив, як флюс у металургії, каталізатор в органічному синтезі, компонент в'яжучих матеріалів у будівництві.
Рівняння найважливіших реакцій:
ОтриманняСаО у промисловості- Випалення вапняку (900-1200 ° С):
СаСО3 = СаО + СО2
Гідроксид кальцію Са(ОН) 2
Основний гідроксид. Технічна назва гашене вапно. Білий, гігроскопічний. Має іонну будову Са 2+ (ОН -) 2 . Розкладається при помірному нагріванні. Поглинає вологу та вуглекислий газ із повітря. Малорозчинний у холодній воді (утворюється лужний розчин), ще менше – у киплячій воді. Прозорий розчин (вапняна вода) швидко каламутніє через випадання осаду гідроксиду (суспензію називають вапняне молоко). Якісна реакція на іон Са 2+ - Пропускання вуглекислого газу через вапняну воду з появою осаду СаС0 3 і переходом його в розчин. Реагує з кислотами та кислотними оксидами, вступає в реакції іонного обміну. Застосовується у виробництві скла, білильного вапна, вапняних мінеральних добрив, для каустифікації соди та пом'якшення прісної води, а також для приготування вапняних будівельних розчинів - тістоподібних сумішей (пісок + гашене вапно + вода), службовців сполучним матеріалом. оштукатурювання) стін та інших будівельних цілей. Затвердіння («схоплювання») таких розчинів обумовлено поглинанням вуглекислого газу з повітря.
Оксид кальцію (СаO) – негашене або палена вапно- Біла вогнестійка речовина, утворена кристалами. Кристалізується в кубічній гранецентрованій кристалічній решітці. Температура плавлення – 2627 °C, температура кипіння – 2850 °C.
Називається паленим вапном із-за способу його отримання – випалювання карбонату кальцію. Випалювання роблять у високих шахтних печах. У піч закладають шарами вапняк та паливо, а потім розпалюють знизу. При розжарюванні відбувається розкладання карбонату кальцію з утворенням оксиду кальцію:
Оскільки концентрації речовин у твердих фазах незмінні, то константу рівноваги цього рівняння можна так: K =.
При цьому концентрація газу може бути виражена за допомогою його парціального тиску, тобто рівновага в системі встановлюється за певного тиску діоксиду вуглецю.
Тиск дисоціації речовини– рівноважний парціальний тиск газу, що утворюється при дисоціації речовини.
Щоб спровокувати утворення нової порції кальцію, необхідно підвищити температуру або видалити частину отриманого CO2при цьому зменшиться парціальний тиск. Підтримуючи постійний нижчий парціальний тиск, ніж тиск дисоціації, можна досягти безперервного процесу отримання кальцію. Для цього при випалюванні вапна в печах роблять хорошу вентиляцію.
Отримання:
1) при взаємодії простих речовин: 2 Ca + O2 = 2 CaO;
2) при термічному розкладанні гідроксиду та солей: 2Ca(NO3)2 = 2CaO + 4NO2? + O2?.
Хімічні властивості:
1) взаємодіє з водою: СаO + H2O = Са(OH)2;
2) реагує з оксидами неметалів: СаO + SO2 = CaSO3;
3) розчиняється в кислотах, утворюючи солі: CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O.
Гідроксид кальцію (Ca(OH)2 – гашене вапно, пушонка)– біла кристалічна речовина, що кристалізується в гексагональній кристалічній решітці. Є сильною основою, погано розчинною вводі.
Вапняна вода- Насичений розчин гідроксиду кальцію, що має лужну реакцію. На повітрі каламутніє внаслідок поглинання вуглекислого газу, утворюючи карбонат кальцію.
Отримання:
1) утворюється при розчиненні кальцію та оксиду кальцію вводі: CaO + H2O = Са(OH)2 + 16 ккал;
2) при взаємодії солей кальцію зі лугами: Ca(NO3)2 + 2NaOH = Ca(OH)2 + 2NaNO3.
Хімічні властивості:
1) при нагріванні до 580 °C розкладається: Са(OH)2 = СаO + H2O;
2) реагує з кислотами: Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O.
58. Жорсткість води та способи її усунення
Так як кальцій широко поширений у природі, його солі у великій кількості містяться у природних водах. Вода, що має у своєму складі солі магнію та кальцію, називається твердою водою. Якщо солі присутні у воді в невеликих кількостях або відсутні, вода називається м'якою. У твердій воді мило погано піниться, оскільки солі кальцію та магнію утворюють з ним нерозчинні сполуки. У ній погано розварюються харчові продукти. При кип'ятінні на стінках парових котлів утворюється накип, який погано проводить теплоту, викликає збільшення витрати палива і зношування стінок котла. Жорсткою водою не можна користуватися, проводячи низку технологічних процесів (фарбування). Освіта накипу:Са + 2НСО3 = Н2О + СО2 + СаСО3?
Наведені вище фактори вказують на необхідність видалення з води солей кальцію та магнію. Процес видалення цих солей називається водопом'якшеннямє однією з фаз обробки води (водопідготовки).
Водопідготовка– обробка води, що використовується для різних побутових та технологічних процесів.
Жорсткість води поділяється на:
1) карбонатну жорсткість (тимчасову), яка викликається наявністю гідрокарбонатів кальцію та магнію та усувається за допомогою кип'ятіння;
2) некарбонатну жорсткість (постійну), що викликається присутністю у воді сульфітів та хлоридів кальцію та магнію, які при кип'ятінні не видаляються, тому вона називається постійною жорсткістю.
Вірна формула: Загальна жорсткість = Карбонатна жорсткість + Некарбонатна жорсткість.
Загальну жорсткість ліквідують додаванням хімічних речовин або за допомогою катіонів. Для повного усунення жорсткості воду іноді переганяють.
При застосуванні хімічного методу розчинні солі кальцію та магнію переводять у нерозчинні карбонати:
Більш модернізований процес усунення жорсткості води – за допомогою катіонітів.
Катіоніти– складні речовини (природні сполуки кремнію та алюмінію, високомолекулярні органічні сполуки), загальна формула яких – Na2R, де R –складний кислотний залишок.
При пропущенні води через шар катіоніту відбувається обмін іонів (катіонів) Na на іони Са та Mg: Са + Na2R = 2Na + CaR.
Іони Са з розчину переходять в катіоніт, а іони Na переходять з катіоніту в розчин. Щоб відновити використаний катіоніт, його необхідно промити розчином кухонної солі. У цьому відбувається зворотний процес: 2Na + 2Cl + CaR = Na2R + Ca + 2Cl.
Оксид кальцію – це кристалічна сполука білого кольору. Інші назви цієї речовини – негашене вапно, окис кальцію, «кірабіт», «кипілка». Оксид кальцію, формула якого CaO, та його продукт взаємодії з (H2O) водою - Ca(OH)2 («пушонка», або гашене вапно) знайшли широке застосування в будівельній справі.
Як одержують оксид кальцію?
1. Промисловий спосіб отримання даної речовини полягає в термічному (під впливом температури) розкладі вапняку:
CaCO3 (вапняк) = CaO (кальцію оксид) + CO2 (вуглекислий газ)
2. Також кальцію оксид можна отримати за допомогою взаємодії простих речовин:
2Ca (кальцій) + O2 (кисень) = 2CaO (кальцію оксид)
3. Третій спосіб кальцію полягає в термічному розкладанні кальцію гідроксиду (Ca(OH)2) та кальцієвих солей кількох кисневмісних кислот:
2Ca(NO3)2 = 2CaO (одержувана речовина) + 4NO2 + O2 (кисень)
оксиду кальцію
1. Зовнішній вигляд: кристалічна сполука білого кольору. Кристалізується за типом хлориду натрію (NaCl) у кубічній кристалічній гранецентрованій решітці.
2. Молярна маса становить 55,07 г/моль.
3. Щільність дорівнює 3,3 г/сантиметр.
Термічні властивості оксиду кальцію
1. Температура плавлення дорівнює 2570 градусів
2. Температура кипіння становить 2850 градусів
3. Молярна теплоємність (за стандартних умов) дорівнює 42.06 Дж/(моль·К)
4. Ентальпія освіти (за стандартних умов) становить -635 кДж/моль
Хімічні властивості оксиду кальцію
Оксид кальцію (формула CaO) – це основний оксид. Тому він може:
Розчинятись у воді (H2O) з виділенням енергії. При цьому утворюється гідроксид кальцію. Ця реакція виглядає так:
CaO (оксид кальцію) + H2O (вода) = Ca(OH)2 (кальцієвий гідроксид) + 63,7 кДж/моль;
Реагувати з кислотами та кислотними оксидами. У цьому утворюються солі. Ось приклади реакцій:
CaO (кальцієвий оксид) + SO2 (сірчистий ангідрид) = CaSO3 (сульфіт кальцію)
CaO (кальцієвий оксид) + 2HCl (соляна кислота) = CaCl2 (кальцієвий хлорид) + H2O (вода).
Застосування оксиду кальцію:
1. Основні обсяги речовини, що розглядаються нами, використовуються при виробництві силікатної цегли в будівництві. Раніше негашене вапно використовували як вапняний цемент. Його отримували при змішуванні з водою (H2O). В результаті оксид кальцію переходив у гідроксид, який потім, поглинаючи з атмосфери (CO2), сильно твердів, перетворюючись на кальцію карбонат (CaCO3). Незважаючи на дешевизну цього методу, в даний час вапняний цемент практично не застосовується в будівництві, так як він має здатність добре вбирати і накопичувати в собі рідину.
2. Як вогнетривкий матеріал оксид кальцію підходить як недорогий і доступний матеріал. Плавлений кальцієвий оксид має стійкість до дії води (H2O), що дозволило його застосовувати як вогнетрив там, де використання дорогих матеріалів недоцільно.
3. У лабораторіях використовують кальцію для сушіння тих речовин, які з ним не реагують.
4. У харчовій галузі дана речовина зареєстрована як харчова добавка під позначенням Е 529. Використовується в якості емульгатора для створення однорідної суміші з речовин, що не змішуються між собою - води, масла і жиру.
5. У промисловості кальцієвий оксид використовують для видалення сірчистого ангідриду (SO2) з димових газів. Застосовують, як правило, 15% водний розчин. В результаті реакції, в якій взаємодіють гашене вапно та діоксид сірки, виходить гіпс CaCO4 та CaCO3. Під час проведення експериментів вчені домагалися показника 98% відчищення диму від діоксиду сірки.
6. Використовується в спеціальному посуді, що «самогріється». Місткість з невеликою кількістю кальцієвого оксиду розташовується між двома стінками судини. При проколюванні капсули у воді починається реакція з виділенням певної кількості тепла.
