Карбид кальция
Общие сведения
Карбид кальция представляет собой бинарное неорганическое соединение кальция с углеродом, имеющее химическую формулу CaC2. Впервые данное вещество было получено в 1862 году путем нагревания сплава цинка и кальция с углем. Вещество относится к первому классу опасности по государственным стандартам и является сильным ядом. Контакт карбида кальция с кожей или слизистыми оболочками вызывает их сильное раздражение и воспаление, а попадание внутрь организма приводит к тяжелым отравлениям. Выделяющийся при химических реакциях с участием карбида кальция газ также обладает высокой токсичностью, что требует строгого соблюдения техники безопасности и исключения доступа детей к данному соединению.
Свойства и характеристики
В чистом виде карбид кальция образует бесцветные кристаллы тетрагональной сингонии. Технический карбид кальция представляет собой твердое кристаллическое вещество темно-серого или коричневого цвета с кристаллическим изломом серого оттенка. Технический продукт обычно содержит не менее восьмидесяти процентов карбида кальция, тогда как оставшаяся часть приходится на примеси, среди которых присутствуют негашеная известь, непрореагировавший углерод, соединения кремния и магния, а также фосфид и сульфид кальция. Наличие данных примесей придает выделяющимся при гидролизе газам резкий неприятный запах. Вещество обладает высокой гигроскопичностью и способно постепенно разлагаться даже под воздействием атмосферной влаги. При контакте с водой карбид кальция вступает в бурную химическую реакцию, в результате которой образуются ацетилен и гашеная известь. Данный процесс сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии, что при недостатке охлаждения может привести к взрыву. Скорость разложения карбида кальция водой зависит от чистоты исходного вещества, степени его измельчения, а также от температуры среды и качества используемой воды. Помимо взаимодействия с водой, при нагревании карбид кальция способен связывать азот из воздуха, вступая с ним в реакцию с образованием цианамида кальция и углерода.
Нахождение в природе
Ввиду исключительной гигроскопичности и склонности к моментальной химической реакции с любой доступной влагой, карбид кальция не встречается в естественной среде. Вещество существует исключительно в виде продукта искусственного химического синтеза.
Получение
В настоящее время основным промышленным способом получения карбида кальция является термическая обработка смеси оксида кальция, то есть негашеной извести, с коксом. Данный процесс осуществляется в специализированных электрических печах при чрезвычайно высокой температуре, достигающей 1900 градусов Цельсия. В ходе данной химической реакции синтезируется карбид кальция и выделяется оксид углерода. Получаемый таким образом карбид кальция не является абсолютно чистым и содержит упомянутые ранее технологические примеси из-за неполного взаимодействия исходных компонентов.
Применение
Основное практическое применение карбида кальция связано с процессом генерации ацетилена при взаимодействии вещества с водой. Получаемый газ широко используется в автогенной сварке металлов. Для предотвращения перегрева и возможного взрыва в генераторах применяется избыточное количество воды, выполняющей функцию охладителя и стабилизатора скорости реакции. Также соединение традиционно применяется в карбидных лампах в качестве источника горючего газа. В химической промышленности синтезируемый из карбида кальция ацетилен выступает важнейшим сырьем для органического синтеза, в частности, для производства синтетического каучука и резины. Способность карбида кальция связывать атмосферный азот используется в цианамидном методе. Получаемый в результате этой реакции цианамид кальция в дальнейшем применяется как азотистое удобрение в сельском хозяйстве или служит исходным сырьем для синтеза различных цианистых соединений и других продуктов органической химии. Строгое соблюдение техники безопасности является обязательным условием при любом практическом использовании данного вещества из-за его высокой токсичности и взрывоопасности при контакте с влагой.