Учебное пособие: Неорганическая химия
Окись кальция получают из карбоната кальция CaCO3 при его термической диссоциации
CaCO3 "CaO +СО2 – Q
Эта реакция сопровождается поглощением теплоты, поэтому с повышением температуры равновесие смещается вправо, т.е. диссоциация возрастает.
Химически чистая окись кальция представляет собой бесцветные кристаллы с tпл. =2600°С и плотностью 3,4 г/см3 . Она бурно реагирует с водой с выделением тепла:
CaO + H2 O " Ca(OH)2 + 15,6 ккал/моль
Образуется гидроокись кальция которая имеет кристаллическую структуру. Растворимость в воде её невелика и уменьшается с повышением температуры.
Технический продукт, получаемый обжигом известняков, получаемый обжигом известняков, состоит в основном из окиси кальция и называется негашеной известью. В результате взаимодействия её с водой (гашения) образуется гашеная известь, основную массу которой составляет Ca(OH)2 .
При нагревании Ca(OH)2 диссоциирует на CaO и водяные пары.
Соли кальция. Фторид кальция CaF2 в природе встречается в виде плавикового шпата. Используется для получения HF и различных фторидов. Хлорид кальция CaCl2 – белая, чрезвычайно гигроскопичная масса, расплывающаяся на воздухе. Растворение безводного CaCl2 в воде сопровождается разогреванием. Хлорид кальция применяют в качестве добавки, регулирующей процесс твердения цемента. Нитрат кальция Ca(NO3 )2 – кальциевая селитра используется как азотное удобрение. Хлорная известь CaOCl2 . nH2 O применяется как дезинфицирующее средство.
Сульфат кальция при обычных температурах выпадает из водных растворов в форме дигидрата CaSO4 . 2H2 O. Это прозрачные кристаллы способные при нагревании терять частично или полностью воду, переходя в соединения состава CaSO4 . 0,5H2 O и CaSO4 . Дегидратация происходит ступенчато. При умеренном нагревании двухводная соль переходит в полуводный гипс.
Полуводный гипс и растворимая форма безводного сульфата кальция способны присоединять воду, образуя CaSO4 . 2H2 O в виде твердого камневидного тела. На этом основано применение полуводного гипса и ангидрита в качестве вяжущих строительных материалов.
При высокой температуре (t»960°С) наблюдается разложение сульфата кальция:
2CaSO4 = 2CaО + 2SO2 + О2
Этим процессом пользуются для получения серной кислоты. Обычно такое производство комбинируют с производством цемента. Обжигу подвергают смесь глины с гипсом.
В присутствии солей NH4 Cl, KNO3 , Mg(NO3 )2 или кислот HCl, H3 PO4 растворимость сульфата кальция возрастает.
Известны две соли угольной кислоты: карбонат CaCO3 и гидрокарбонат Ca(HCO3 )2 . первая нерастворимая в воде и обладает сравнительно высокой термической устойчивостью, а гидрокарбонат в обычных условиях существует только в водных растворах и обладает малой термической устойчивостью.
Образование гидрокарбоната кальция в природных условиях имеет место, когда породы, содержащие СаСО3 , подвергаются воздействию воды и растворенной в ней СО2 :
СаСО3 + СО2 + Н2 О= Ca(HCO3 )2
В этой реакции в присутствии твердой фазы СаСО3 при практически постоянной концентрации воды константа равновесия равна:
Поэтому при постоянной температуре с повышением концентрации СО2 в газовой фазе и в растворе должна возрастать и концентрация Ca(HCO3 )2 отвечающая равновесию раствора с твердым СаСО3 . Это увеличение количества Ca(HCO3 )2 происходит за счет уменьшения количества СаСО3 . таким образом, повышение концентрации СО2 в растворе вызывает переход соответствующего количества карбоната кальция в гидрокарбонат, что сопровождается понижением концентрации СО2 до равновесной. Поэтому СО2 , избыточная по отношению к равновесной, носит название агрессивной двуокиси углерода. Если такая повышенная концентрация СО2 в воде поддерживается за счет поступления из вне, то вода становится агрессивной по отношению к карбонату кальция.
В противоположном случае при понижении давления СО2 над раствором, гидрокарбонат кальция разлагается с выделением в осадок СаСО3 . В природных условиях процесс происходит когда глубинные воды, насыщенные двуокисью углерода под давлением, выходят на поверхность.
При повышении температуры равновесие реакции смещается влево. При кипячении водного раствора, содержащего гидрокарбонат, разлагается с образованием осадка СаСО3 .
Важным техническим продуктом является карбид кальция СаС2 . Карбид получают из извести и угля в мощных электрических печах при 1900-1980°С на основе реакции
СаО + 3С = СаС2 + СО – 111ккал
Процесс сопровождается поглощением значительного количества теплоты. Химически чистый карбид представляет собой бесцветные кристаллы; технический продукт в зависимости от количества и характера примесей имеет окраску от светло-серого до черной. В числе примесей часто содержатся вредные и опасные сульфиды, фосфиды кальция и других металлов. Карбид кальция служит исходным веществом для получения ацетилена по реакции
СаС2 + 2Н2 О = Са(ОН)2 + С2 Н2
Примеси сульфидов арсенидов и фосфидов кальция при взаимодействии с водой образуют H2 S, AsH3 , PH3, присутствие которых в ацетилене нежелательно из-за их ядовитости резкого запаха и склонности к самовоспламенению (PH3 ). Чистый ацетилен запаха не имеет. Карбид кальция в больших количествах расходуется на получение ацетилена, который применяется для резки и сварки металлов и в качестве исходного материала для промышленного синтеза.
Контрольные вопросы