Как из углерода получить карбид кальция

Углерод — неметаллический элемент IV группы периодической таблицы Д.И. Менделеева, является важнейшей частью всех органических веществ в природе.

Как из углерода получить карбид кальция

Общая характеристика элементов IVa группы

От C к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Из элементов IVа группы углерод и кремний относятся к неметаллам, германий, олово и свинец — металлы.

Как из углерода получить карбид кальция

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns2np2:

  • C — 2s22p2
  • Si — 3s23p2
  • Ge — 4s24p2
  • Sn — 5s25p2
  • Pb — 6s26p2

Как из углерода получить карбид кальция

Природные соединения

В природе углерод встречается в виде следующих соединений:

  • Аллотропных модификаций — графит, алмаз, фуллерен
  • MgCO3 — магнезит
  • CaCO3 — кальцит (мел, мрамор)
  • CaCO3*MgCO3 — доломит

Как из углерода получить карбид кальция

Получение

Углерод получают в ходе пиролиза углеводородов (пиролиз — нагревание без доступа кислорода). Также применяется получение углеродистых соединений: древесины и каменного угля.

C2H6 → (t) C + H2 (пиролиз этана)

Как из углерода получить карбид кальция

Химические свойства

  • Реакции с неметаллами
    • При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.
    • C + H2 → (t) CH4 (метан)
    • 2С + O2 → (t) 2CO (угарный газ — продукт неполного окисления углерода, образуется при недостатке кислорода)
    • С + O2 → (t) CO2 (углекислый газ — продукт полного окисления углерода, образуется при достаточном количестве кислорода)
    • С + F2 → (t) CF4
  • Реакции с металлами
  • При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные степени окисления.

    1. Ca + C → CaC2 (карбид кальция, СО углерода = -1)
    2. Al + C → Al4C3 (карбид алюминий, СО углерода -4)
    3. Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.

    Как из углерода получить карбид кальция

  • Восстановительные свойства
    • Углерод — хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их оксидов:
    • Fe2O3 + C → Fe + CO2
    • ZnO + C → Zn + CO
    • FeO + C → Fe + CO
    • Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:
    • SiO2 + C → (t) Si + CO
    • Может восстановить и собственный оксид:
    • CO2 + C → CO

    Как из углерода получить карбид кальция

  • Реакция с водой
  • Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца — крайне важна в промышленности:

    C + H2O → CO↑ + H2↑

  • Реакции с кислотами
    1. В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:
    2. C + HNO3(конц.) → (t) CO2 + NO2 + H2O
    3. C + HNO3 → CO2 + NO + H2O
    4. C + H2SO4(конц.) → CO2 + SO2 + H2O

    Как из углерода получить карбид кальция

Оксид углерода II — СO

Оксид углерода II — продукт неполного окисления углерода. Несолеобразующий оксид. Это чрезвычайно опасное вещество часто образуется при пожарах в замкнутых помещениях, при прогревании машины в гараже.

Растворяясь в крови угарный газ (имеющий в 300 раз большее сродство к гемоглобину, чем кислород) легко выигрывает конкуренцию у кислорода и занимает его место в эритроцитах. Отравление угарным газом нередко заканчивается летальным исходом.

  • Получение
  • В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).
  • CO2 + C → (t) CO
  • C + H2O → (t) CO + H2
  • В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:
  • HCOOH → (H2SO4) CO + H2O
  • Химические свойства
  • Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.
  • CO + O2 → CO2
  • Fe2O3 + CO → Fe + CO2
  • FeO + CO → Fe + CO2
  • Образование карбонилов — чрезвычайно токсичных веществ.
  • Fe + CO → (t) Fe(CO)5

Как из углерода получить карбид кальция

Оксид углерода IV — CO2

Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте H2CO3. Бесцветный газ, без запаха.

  1. Получение
  2. В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.
  3. CaCO3 → (t) CaO + CO2↑
  4. C6H12O6 → C2H5OH + CO2↑
  5. В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.
  6. CaCO3 + HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑
  7. Углекислый газ образуется при горении органических веществ:
  8. C3H8 + O2 → CO2 + H2O

Как из углерода получить карбид кальция

Химические свойства

  • Реакция с водой
  • В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ. CO2 + H2O ⇄ H2CO3

  • Реакции с основными оксидами и основаниями
    • В ходе реакций с основаниями и основными оксидами углекислый газ образует соли угольной кислоты: средние — карбонаты (при избытке основания), кислые — гидрокарбонаты (при избытке кислотного оксида).
    • 2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O (соотношение основание — кислотный оксид 2:1)
    • KOH + CO2 → KHCO3 (соотношение основание — кислотный оксид 1:1)
    • Na2O + CO2 → Na2CO3
  • Окислительные свойства
  • При нагревании способен окислять металлы до их оксидов.

    Zn + CO2 → (t) ZnO + CO

Угольная кислота

Слабая двухосновная кислота, существующая только в растворах, разлагается на воду и углекислый газ.

Химические свойства

  • Качественная реакция
  • Определить наличие карбонат-иона можно с помощью кислоты: такая реакция сопровождается «закипанием» — появлением пузырьков бесцветного газа без запаха. MgCO3 + HCl → MgCl2 + CO2↑ + H2O Я не раз встречал описание реакций, связанных с этой кислотой, которое заслуживает нашего внимания. В задании было сказано, что при добавлении к раствору гидроксида кальция углекислого газа осадок появлялся, при дальнейшем пропускании углекислого газа — помутнение исчезало.

    1. Это можно легко объяснить, вспомнив про способность угольной кислоты образовывать кислые соли, которые растворимы.
    2. Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 (осадок выпадает)
    3. CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 (осадок растворяется)
  • Средние и кислые соли
  • Чтобы сделать из средней соли (карбоната) — кислую соль (гидрокарбонат) нужно добавить угольную кислоту. Однако написать ее формулу H2CO3 — ошибка. Ее следует записать в виде воды и углекислого газа.

    • Li2CO3 + CO2 + H2O → LiHCO3 (средняя соль + кислота = кислая соль)
    • Чтобы вернуть среднюю соль, следует добавить к кислой соли щелочь.
    • LiHCO3 + LiOH → Li2CO3 + H2O
  • Нагревание солей угольной кислоты
    1. При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты — на карбонат металла, углекислый газ и воду.
    2. MgCO3 → (t) MgO + CO2
    3. KHCO3 → (t) K2CO3 + CO2↑ + H2O

Что такое карбид и как его производят, свойства и состав карбида и его получение, сколько стоит карбид

Карбид для сварки или полное наименование карбид кальция – это главное вещество для получения ацетиленового газа. На самом деле, это активное химическое соединение кальция и углерода и в готовом виде представляет собой твердый состав с темно – серым или коричневым оттенком. По запаху, карбид напоминает резкий запах чеснока и вступает в реакцию водой с выделением тепла.

https://www.youtube.com/watch?v=oiu2HL3Z0yo

Для сварки карбид кальция является идеальным веществом, так как выделяет при контакте с водой ацетилен – летучий газ, основа кислородной сварки, напайки, металлизации и прочих процессов, связанных с обработкой металлов.

Карбид кальция создают при температуре до 2300 градусов Цельсия с помощью сплавления кокса и негашеной извести в электрической дуговой печи (рис. 1). После этого, расплавленное вещество выливают на изложницы, и в них он остывает и принимает твердое состояние. После этого карбид для сварки дробят по кускам, размер которых не превышает 8 см.

В результате вещество будет состоять из 75 процентов карбида кальция, а остальная часть – примеси, окиси извести и прочее.

Состав и виды карбидов

Карбиды не являются отдельным веществом. Это соединение углерода с металлами и неметаллами. Причем, следует учитывать, что углерод должен обладать большей электроотрицательностью в получаемом веществе по сравнению с другими используемыми элементами. Это дает возможность избежать производства галогенов, оксидов и других углеродных соединений.

На сегодняшний день различают три вида карбида, состав которых отличен друг от друга:

  1. Ковалентные соединения. К данному виду относят два элемента — кремний и бром. Это соединения с прочной межатомной связью, что обеспечивает высокую температуру плавления и химическую инертность. Окисление веществ данной группы возможно только при их нагреве свыше 1000 градусов Цельсия. Твердость вещества с бромом настолько высока, что способна конкурировать даже с алмазами. Вещество с кремнием менее прочное, но 8 баллов по шкале Мооса имеет. При этом растворить данное вещество возможно только в царской водке или с помощью концентрированной азотной или плавиковой кислоты.
  2. Ионные соединения или солеобразные. Вещества данной группы образуются с помощью металлов 1 и 2 группы таблицы Менделеева, а также алюминием. Данные соединения характеризуются высокой температурой плавления. Карбиды ионного вида распадаются под воздействием воды и кислот. При протекании реакции выделяется углеводород и остается гидроксид металла.
  3. Ионно-ковалентно-металлические или металлоподобные соединения. Образуются с помощью металлов с 4 по 8 группу, а также кобальтом, никелем и железом. Отличительная особенность металлоподобных веществ — это высокая прочность и температура плавления. Данный вид соединений делится на два типа:
  • Ацетилениды — при гидролизе образуют этин или ацетилен. Карбид кальция относится к данному типу соединений.
  • Метаниды — при вступлении в реакцию с водой или разбавленными кислотами образуют метан. Чаще бесцветны. Сюда относят карбид алюминия, магния, бериллия.

История получения карбида кальция

Карбид кальция был получен случайно в 1862 г.

Немецкий химик Фридрих Вёлер (Friedrich Wöhler) при попытке выделения металлического кальция из извести (карбоната кальция СаСО3) путем длительного прокаливания смеси, состоящей из извести и угля, получил массу сероватого цвета, в которой не обнаружил признаков металла.

Как результат неудавшегося эксперимента он выбросил эту массу на свалку во дворе. Во время дождя лаборант заметил выделение какого-то газа из выброшенной массы. Это заинтересовало Фридриха Вёлера, он провел анализ газа и установил, что это ацетилен (С2Н2), ранее открытый Эдмундом Дэви (Edmund Davy), в 1836 г.

  Строим малый и большой бизнес на производстве чугуна

Однако имя этому газу присвоил французский химик Пьер Эжен Марселен Бертло (Marcellin Berthelot) после того, как в 1863 году получил ацетилен, пропуская водород над раскалёнными электрической дугой графитовыми электродами.

Томас Уилсон (Thomas Leopold «Carbide» Willson) в 1888 году и Фердинанд Фредерик Анри Муассан (Ferdinand Frederic Henri Moissan) в 1892 независимо друг от друга открыли метод получения карбида кальция в дуговой электропечи, что послужило толчком для дальнейшего развития промышленного получения технического карбида кальция.

В России первые заводы по изготовлению карбида кальция были построены акционерным обществом «Перун» в 1908 г. в Земковицах, а в 1910 г. в Петербурге. В 1914 г. на этом заводе работали две карбидные печи мощностью по 500 кВт и две печи по 900 кВт.

В 1917 г. при Макеевском металлургическом заводе была построена установка с электропечью мощностью 1800 кВт. Почти одновременно на заводе в Баку для нужд нефтепромышленности и на Аллавердском медеплавильном заводе также были пущены карбидные печи.

В 1930 г. был построен и пущен первый большой карбидный завод в Растяпино (ныне г. Дзержинск Нижегородской области). На этом заводе карбид кальция впервые стал выпускаться не только как товарный продукт, но и для получения цианамида кальция.

Свойства

Благодаря своим свойствам, эти соединения нашли широкое применение в машиностроении, а также в строительстве.

  1. Высокая твердость материала. У различных соединений она варьируется, но всегда остается выше средней. Они являются самыми твердыми минералами.
  2. Температура плавления. Практически всегда она выше температуры плавления металла входящего в соединение и может превышать 2000 градусов.
  3. Устойчивость к коррозии. Многие соединения не вступают в реакцию с различными кислотами и довольно устойчивы к внешним агрессивным факторам.
  4. Взаимодействие с водой. Практически все карбидные соединения вступают в реакцию с водой, например, при взаимодействии с карбидом кальция можно его взрывать. Условия взаимодействия могут отличаться и зависят от характера связи в соединении.

Лабораторный опыт получения ацетилена

Многим из школьных уроков химии знакома реакция взаимодействия карбида с водой. Обычно этот опыт позволяет продемонстрировать реакцию получения ацетилена, а также физические и химические его свойства.

Процесс выделения газа при этом происходит достаточно бурно, поэтому трубка, отводящая ацетилен из колбы с действующими веществами, помещается в чашу с водой. Это обеспечивает менее активное и стремительное движение газа.

Кроме того, в лабораторных условиях можно использовать и другой способ, чтобы сделать не слишком бурной реакцию разложения такого соединения, как карбид. Ацетилен при этом идет равномерно и спокойно. Для этого вместо воды необходимо взять насыщенный раствор поваренной соли.

Также в лаборатории при проведении этой реакции следует осторожно добавлять воду в карбид, помещенный в объемную колбу, а не наоборот.

Производство карбида

Ковалентные и солеобразные соединения получают простым методом. В электрическую печь помещают смесь из дробленого кокса и оксида металла и нагревают. При высоких температурах оксид элемента вступает в реакцию с коксом. При таком способе часть кокса, которая состоит из углерода, соединяется с атомами элемента, входящими в оксид.

В результате образуется требуемый карбид и угарный газ. Готовую расплавленную смесь разливают по специальным формам, а после застывания дробят и сортируют по размеру гранул.

Несмотря на простоту данного способа, получение карбида с его помощью является довольно энергозатратным, поскольку требует поддержания высоких температур (1600-2500 градусов) на всем протяжении реакции.

Существуют и альтернативные способы получения некоторых видов веществ. Как правило, это разложение соединения в результате которого и получается требуемый элемент. Формула распада будет отличаться в зависимости от конкретного соединения.

Интересные соединения

Карбид натрия. Формула этого соединения C2Na2. Это можно представить скорее как ацетиленид (то есть продукт замещения атомов водорода в ацетилене на атомы натрия), а не карбид.

Химическая формула полностью не отражает этих тонкостей, поэтому их надо искать в строении.

Это очень активное вещество и при любом контакте с водой очень активно взаимодействует с ней с образованием ацетилена и щёлочи.

Карбид магния. Формула: MgC2. Интересны способы получения этого достаточно активного соединения. Один из них предполагает спекание фторида магния с карбидом кальция при высокой температуре. В результате этого получаются два продукта: фторид кальция и нужный нам карбид. Формула этой реакции достаточно проста, и вы можете при желании ознакомиться с ней в специализированной литературе.

https://www.youtube.com/watch?v=RRJ14V1lRPM

Если вы не уверены в полезности изложенного в статье материала, тогда следующий раздел для вас.

Применение в промышленности

Карбид кальция является важным соединением для получения ацетилена, газа, который используется при кислородной сварке и обработке металлов. При горении с кислородом ацетилен способен достигать 3150 градусов Цельсия. Это позволяет работать с тугоплавкими металлами, требующими температуру вдвое большую,чем температура плавления самого металла.

Карбид бора используется как огнеупорный материал, поскольку температура плавления такого соединения выше 2400 градусов.

При этом он же встречается в бронежилетах,так как способен защитить не только от пуль и осколков, но и от радиации. Для покрытия промышленного и строительного инструмента используют карбид титана.

Его прочность позволяет повысить износостойкость деталей и обрабатывать даже самые прочные материалы.

  Как гнуть медную трубку – проверенные и надёжные способы

Как это может быть полезно в жизни?

Ну, во-первых, знание химических соединений никогда не может быть лишним. Всегда лучше быть вооружённым знанием, чем остаться без него. Во-вторых, чем больше вы знаете о существовании определённых соединений, тем лучше понимаете механизм их образования и законы, которые позволяют им существовать.

Перед тем как перейти к окончанию, хотелось бы дать несколько рекомендаций по изучению этого материала.

Хранение и транспортировка

Поскольку карбид при вступлении в реакцию с влагой приводит к выделению большого количества тепла и взрывоопасного газа ацетилена, хранят данное вещество в герметичных баках или барабанах. Работа с такими баками требует особой осторожности.

Газ ацетилен легче воздуха и способен самовоспламеняться, при этом обладает наркотическим действием.

При вскрытии барабанов с карбидом используют специальный инструмент, исключающий возникновение искр, а при попадании вещества на кожу требуется немедленно промыть водой пораженный участок и смазать жирным кремом.

Помещения хранения должны хорошо проветриваться, а содержание других веществ по соседству — запрещено. Это может привести к опасным реакциям. Неправильное хранение может как взорвать карбид, так и привести его в негодное состояние.

Срок хранения доходит всего до полугода.

Перевозка осуществляется только крытым транспортом. Воздушная доставка запрещена.

Применение при сварочных работах

Хранение карбида осуществляется в специальных стальных баках объемом 100 или 130 литров. Открытие этих баков должно производиться только при отсутствии огня или искр в близости от них деревянным молотком и латунным зубилом. Неиспользованный карбид в банке закрывается водонепроницаемой крышкой.

Ацетилен для сварочных работ вырабатывается из карбида в генераторе стационарного или мобильного типа и разного объема.

Средний объем ацетиленовых генераторов рассчитан на прием от 5 до 15 литров воды и, соответственно, 2-5 килограммов карбида.

Выход ацетилена считается несколько ниже теоретического и принимается равным 260-280 литров с одного килограмма CaC2. Рекомендуется использовать карбид крупной фракции – 80 мм

Принцип использования ацетилена для сварочной работы таков:

  • Из одного килограмма карбида выделяется около 250 литров ацетилена, а на разложение килограмма карбида уходит 3-4 литра воды. Зная эти пропорции, вычисляют необходимый объем воды и количество вещества.
  • В промышленных генераторах, рассчитанных на долгий и равномерный процесс использования, карбид дозировано загружается в газообразующую камеру через специальный бункер в автоматическом режиме. В генераторах, которые используются для ненормированных объемов работ, карбид погружается в воду в специальной корзине. Объем вырабатываемого ацетилена регулируется погружением или подъемом корзины.
  • При подаче очередной порции карбида и начале реакции в камере возрастает давление, снижение которого производится активным выпуском ацетилена в горелку.
  • Ацетилен через отборник по шлангу подается в газовую горелку. Горелка должна находиться от генератора на расстоянии не менее 10 метров.
  • Гашеная известь, образующаяся в процессе реакции (около 1,2 кг на каждый килограмм карбида), удаляется из генератора через отдельный бункер.

В газовой сварке главным плюсом применения карбида является его низкий вес и небольшой вес применяемого оборудования. Газовые баллоны для ацетилена очень тяжелые, их необходимо перемещать на специальной тележке или в 2-3 пары рук.

Средний же генератор весит 15-20 кг, что позволяет без особых усилий перемещать его в одиночку или с одним помощников.

При перемещении сухого карбида достаточно соблюдать элементарные правила хранения – избегать попадания влаги на вещество и попадание мелкой карбидной пыли на кожу и в глаза.

Стоимость

На рынке карбид кальция можно приобрести по цене 80 рублей за килограмм. Продают данную смесь в бочках или специальных мешках. Ненамного дороже вещество с кремнием. Его стоимость составляет 82 рубля за килограмм.

А вот, карбид вольфрама обойдется в 1400 рублей за кило. Причем, может быть установлен минимальный вес покупки, например, от 10 кг. Карбид бора будет стоить еще дороже — от 2000 рублей, причем фасовка начинается от 35 килограмм.

Стоимость же соединений с гафнием или молибденом оговаривается с поставщиком отдельно.

Карбид в строительстве

На свете известно очень много разных химических соединений: порядка сотни миллионов. И все они, как люди, индивидуальны. Нельзя найти два вещества, у которых совпадали бы химические и физические свойства при разном составе.

Одними из интереснейших неорганических веществ, существующих на белом свете, являются карбиды. В данной статье мы обсудим их строение, физические и химические свойства, применение и разберём тонкости их получения. Но для начала немного об истории открытия.

История

Карбиды металлов, формулы которых мы приведём ниже, не являются природными соединениями. Это обусловлено тем, что их молекулы склонны распадаться при взаимодействии с водой. Поэтому здесь стоит говорить о первых попытках синтеза карбидов.

Начиная с 1849 имеются упоминания о синтезе карбида кремния, однако некоторые из этих попыток остаются непризнанными. Крупномасштабное производство начал в 1893 году американский химик Эдвард Ачесон по способу, который был затем назван его именем.

История синтеза карбида кальция также не отличается большим количеством сведений. В 1862 году его получил немецкий химик Фридрих Вёлер, нагревая сплавленный цинк и кальций с углём.

Теперь перейдём к более интересным разделам: химическим и физическим свойствам. Ведь именно в них заключена вся суть применения данного класса веществ.

Транспортировка и хранение

По причине того, что влага моментально разлагает карбид с выделением большого количества тепла и образованием взрывоопасного газа ацетилена, хранить вещество необходимо в герметично закупоренных барабанах или бидонах. Следует помнить, что ацетилен легче воздуха и способен скапливаться в верхних зонах помещения.

Этот газ, помимо наркотического действия, обладает способностью к самовоспламенению. Поэтому использовать карбид кальция необходимо с большой осторожностью. Расфасовке на производстве уделяется особое внимание. Готовое вещество помещается в специальные барабаны (тара, напоминающая консервные банки).

Такая упаковка требует аккуратного вскрытия. При этом должен использоваться инструмент, не приводящий к образованию искр (молоток или специальный нож). В случае попадания карбида на кожу или слизистые оболочки необходимо немедленно промыть пораженный участок водой и обработать место вазелином или жирным кремом.

Транспортировка соединения осуществляется с использованием только крытых видов транспорта. Воздушная доставка карбида запрещена. Помещения, где хранится СаС2, должны быть хорошо проветриваемыми. Также не разрешается хранить карбид совместно с другими химическими веществами.

Это может привести к нежелательным, а, возможно, и опасным, реакциям. Срок хранения карбида составляет полгода.

Физические свойства

Абсолютно все карбиды отличаются своей твёрдостью. Например, одним из самых твёрдых веществ по шкале Мооса является карбид вольфрама (9 из 10 возможных баллов). К тому же эти вещества очень тугоплавкие: температура плавления некоторых из них достигает двух тысяч градусов.

Большинство карбидов химически инертны и взаимодействуют с небольшим количеством веществ. Они не растворимы ни в каких растворителях. Однако растворением можно считать взаимодействие с водой с разрушением связей и образованием гидроксида металла и углеводорода.

О последней реакции и многих других интересных химических превращениях с участием карбидов мы поговорим в следующем разделе.

Химические свойства

Почти все карбиды взаимодействуют с водой. Какие-то — легко и без нагревания (например, карбид кальция), а какие-то (например, карбид кремния) — при нагревании водяного пара до 1800 градусов. Реакционная способность при этом зависит от характера связи в соединении, о котором мы поговорим позже.

В реакции с водой образуются разные углеводороды. Происходит это потому, что водород, содержащийся в воде, соединяется с углеродом, находящимся в карбиде.

Понять, какой углеводород получится (а может получиться как предельное, так и непредельное соединение), можно, исходя из валентности содержащегося в исходном веществе углерода. Например, если у нас есть карбид кальция, формула которого CaC2, мы видим, что он содержит ион C22-.

Значит, к нему можно присоединить два иона водорода с зарядом +. Таким образом, получаем соединение C2H2 — ацетилен. Таким же образом из такого соединения, как карбид алюминия, формула которого Al4C3, получаем CH4. Почему не C3H12, спросите вы? Ведь ион имеет заряд 12-.

Дело в том, что максимальное количество атомов водорода определяется формулой 2n+2, где n — количество атомов углерода. Значит, может существовать только соединение с формулой C3H8 (пропан), а тот ион с зарядом 12- распадается на три иона с зарядом 4-, которые и дают при соединении с протонами молекулы метана.

Интересными представляются реакции окисления карбидов. Они могут происходить как при воздействии сильных смесей окислителей, так и при обыкновенном горении в атмосфере кислорода. Если с кислородом всё понятно: получаются два окисда, то с другими окислителями интереснее. Всё зависит от природы металла, входящего в состав карбида, а также от природы окислителя.

Например, карбид кремния, формула которого SiC, при взаимодействии со смесью азотной и плавиковой кислот образует гексафторкремниевую кислоту с выделением углекислого газа. А при проведении той же реакции, но с одной только азотной кислотой, получаем оксид кремния и углекислый газ. К окислителям также можно отнести галогены и халькогены.

С ними взаимодействует любой карбид, формула реакции зависит только от его строения.

Карбиды металлов, формулы которых мы рассмотрели — далеко не единственные представители этого класса соединений. Сейчас мы подробнее рассмотрим каждое промышленно важное соединение этого класса и затем поговорим об их применении в нашей жизни.

Карбид кальция реакция с водой

Рассматриваемое сырье чаще всего применяется для соединения с водой, в результате чего получается ацетилен. Взаимодействие карбида кальция с водой становится причиной появления газа с неприятным запахом и достаточно большим количеством различных примесей. В чистом виде получить подобное вещество можно только при его многоэтапной очистке.

Реакция карбида кальция с водой может быть проведена опытным путем. К особенностям подобной процедуры отнесем следующие моменты:

  Температура плавления нержавеющей стали и чугуна

  1. В качестве емкости применяется 1,5-литровая бутылка.
  2. После ее заполнения водой добавляется несколько кусочков кристаллического материала.
  3. Протекание реакции приводит к появлению избыточного давления.

  4. После того как карбид кальция больше не вступает в реакцию, на бутылку помещается горящая бумага. В результате взаимодействия между карбидом кальция и водой образуется газ, который взрывается. При рассматриваемом опыте образуется огненное облако.

Подобный опыт довольно опасен и должен быть проведен с соблюдением техники безопасности.

В заключение отметим, что рассматриваемый компонент в последнее время часто применяется для проведения самых различных опытов. Соединение обладает большим количеством свойств, которые должны учитываться. Выделение тепла и газов становится причиной, по которой проводить опыты рекомендуется только в промышленности.

Какие бывают карбиды?

Оказывается, карбид, формула которого, скажем, CaC2, существенно отличается по строению от SiC. И отличие это прежде всего в характере связи между атомами. В первом случае мы имеем дело с солеобразным карбидом.

Назван этот класс соединений так потому, что ведёт себя фактически как соль, то есть способен диссоциировать на ионы.

Такая ионная связь очень слабая, что и позволяет легко проводить реакцию гидролиза и многие другие превращения, включающие взаимодействия между ионами.

Другим, наверное, более промышленно важным видом карбидов являются ковалентные карбиды: такие как, например, SiC или WC. Они отличаются высокой плотностью и прочностью. А также тугоплавки и инертны к разбавленным химическим веществам.

Существуют также металлоподобные карбиды. Их скорее можно рассматривать как сплавы металлов с углеродом. Среди таких можно выделить, например, цементит (карбид железа, формула которого бывает разной, но в среднем она примерно такая: Fe3C) или чугун. Они имеют химическую активность, промежуточную по своей степени между ионными и ковалентными карбидами.

Каждый из этих подвидов обсуждаемого нами класса химических соединений имеет своё практическое применение. О том, как и где применяется каждый из них, мы поговорим в следующем разделе.

Практическое применение карбидов

Как мы уже обсудили, ковалентные карбиды имеют самый большой диапазон практических применений.

Это и абразивные и режущие материалы, и композиционные материалы, используемые в разных областях (например, в качестве одного из материалов, входящих в состав бронежилета), и автодетали, и электронные приборы, и нагревательные элементы, и ядерная энергетика. И это далеко не полный список применений этих сверхтвёрдых карбидов.

Самое узкое применение имеют солеобразующие карбиды. Их реакцию с водой используют как лабораторный способ получения углеводородов. То, как это происходит, мы уже разобрали выше.

Наравне с ковалентными, металлоподобные карбиды имеют широчайшее применение в промышленности.

Как мы уже говорили, таким металлоподобным видом обсуждаемых нами соединений являются стали, чугуны и прочие соединения металлов с вкраплениями углерода.

Как правило, металл, находящийся в таких веществах, относится к классу d-металлов. Именно поэтому он склонен образовывать не ковалентные связи, а как бы внедряться в структуру металла.

На наш взгляд, практических применений у вышеперечисленных соединений более чем достаточно. Теперь взглянем на процесс их получения.

Получение карбидов

Первые два вида карбидов, которые мы рассмотрели, а именно ковалентные и солеобразные, получают чаще всего одним простым способом: реакцией оксида элемента и кокса при высокой температуре.

При этом часть кокса, состоящего из углерода, соединяется с атомом элемента в составе оксида, и образует карбид. Другая часть «забирает» кислород и образует угарный газ.

Такой способ очень энергозатратен, так как требует поддержания высокой температуры (порядка 1600-2500 градусов) в зоне реакции.

Для получения некоторых видов соединений используют альтернативные реакции. Например, разложение соединения, которое в конечном итоге даёт карбид. Формула реакции зависит от конкретного соединения, поэтому обсуждать её мы не будем.

Прежде чем завершить нашу статью, обсудим несколько интересных карбидов и поговорим о них подробнее.

Применение в промышленности

Карбид кальция является важным соединением для получения ацетилена, газа, который используется при кислородной сварке и обработке металлов. При горении с кислородом ацетилен способен достигать 3150 градусов Цельсия. Это позволяет работать с тугоплавкими металлами, требующими температуру вдвое большую,чем температура плавления самого металла.

Карбид бора используется как огнеупорный материал, поскольку температура плавления такого соединения выше 2400 градусов.

При этом он же встречается в бронежилетах,так как способен защитить не только от пуль и осколков, но и от радиации. Для покрытия промышленного и строительного инструмента используют карбид титана.

Его прочность позволяет повысить износостойкость деталей и обрабатывать даже самые прочные материалы.

Читать также: Шлифовальная машинка по бетону с пылесосом

Интересные соединения

Карбид натрия. Формула этого соединения C2Na2. Это можно представить скорее как ацетиленид (то есть продукт замещения атомов водорода в ацетилене на атомы натрия), а не карбид.

Химическая формула полностью не отражает этих тонкостей, поэтому их надо искать в строении.

Это очень активное вещество и при любом контакте с водой очень активно взаимодействует с ней с образованием ацетилена и щёлочи.

Карбид магния. Формула: MgC2. Интересны способы получения этого достаточно активного соединения. Один из них предполагает спекание фторида магния с карбидом кальция при высокой температуре. В результате этого получаются два продукта: фторид кальция и нужный нам карбид. Формула этой реакции достаточно проста, и вы можете при желании ознакомиться с ней в специализированной литературе.

https://www.youtube.com/watch?v=RRJ14V1lRPM

Если вы не уверены в полезности изложенного в статье материала, тогда следующий раздел для вас.

Стоимость

На рынке карбид кальция можно приобрести по цене 80 рублей за килограмм. Продают данную смесь в бочках или специальных мешках. Ненамного дороже вещество с кремнием. Его стоимость составляет 82 рубля за килограмм.

А вот, карбид вольфрама обойдется в 1400 рублей за кило. Причем, может быть установлен минимальный вес покупки, например, от 10 кг. Карбид бора будет стоить еще дороже — от 2000 рублей, причем фасовка начинается от 35 килограмм.

Стоимость же соединений с гафнием или молибденом оговаривается с поставщиком отдельно.

Читать также: Чей счетчик на лестничной площадке

Таким образом происходит образования технического продукта с грязной темно-серой или коричневой окраской из-за 20-25 % содержания примесей (угля и других красящих веществ). Кроме того, в его составе присутствуют сульфид и фосфид кальция, из-за которых материал имеет неприятный запах.

Хорошо поглощает воду и при взаимодействии с ней даже при низких температурах разлагается и бурно выделяет газ ацетилен (acetylene gas) с большим количеством тепла. Разложение вещества может спровоцировать даже атмосферная влага.

Как это может быть полезно в жизни?

Ну, во-первых, знание химических соединений никогда не может быть лишним. Всегда лучше быть вооружённым знанием, чем остаться без него. Во-вторых, чем больше вы знаете о существовании определённых соединений, тем лучше понимаете механизм их образования и законы, которые позволяют им существовать.

Перед тем как перейти к окончанию, хотелось бы дать несколько рекомендаций по изучению этого материала.

Что такое карбид кальция: особенности вещества и его применение в сварке

Карбид кальция – соединение кальция с углеродом, представляющее собой твердое кристаллическое вещество. Его получают путем сплавления оксида кальция с коксом в электрических печах (при температурах 1900-1950°С) и последующего затвердевания в специальных формах (изложницах), дробления и сортирования на куски определенных размеров (мелкого, среднего и крупного).

Таким образом происходит образования технического продукта с грязной темно-серой или коричневой окраской из-за 20-25 % содержания примесей (угля и других красящих веществ). Кроме того, в его составе присутствуют сульфид и фосфид кальция, из-за которых материал имеет неприятный запах.

Хорошо поглощает воду и при взаимодействии с ней даже при низких температурах разлагается и бурно выделяет газ ацетилен (acetylene gas) с большим количеством тепла. Разложение вещества может спровоцировать даже атмосферная влага.

История получения

Карбид кальция – соединение, получившее широкое применение в современной промышленности. В 1862 году немецкий химик Фридрих Велер впервые синтезировал молекулу этого вещества. Получение карбида кальция он осуществил следующим образом.

Ученый приготовил расплав кальция с цинком, а затем нагрел его с углем. В результате получился карбид. Химическая формула соединения – CaC2.Промышленный способ получения карбида предложил ученый Муассан в 1892 году. Другие названия вещества – ацетиленид кальция, или углеродистый кальций.

Кристаллическая решетка соединения выглядит следующим образом:

Химические свойства

Карбид кальция хорошо впитывает воду. Этот процесс сопровождается химической реакцией разложения. Важно, что карбидная пыль обладает раздражающим действием на слизистые оболочки, кожу и органы дыхания. Поэтому во время работы с соединением необходимо использовать противогазы либо противопылевые респираторы.

С кислородом карбид кальция взаимодействует при высокой температуре с образованием карбоната кальция. Реакция с азотом приводит к синтезу цианамида кальция. Также при высоких температурах карбид кальция вступает в реакции соединения с хлором, фосфором, мышьяком.

Но все-таки одним из важнейших свойств соединения считается разложение водой.

  Как изготовить чудо-лопату для копки земли своими руками

Виды

Науке известны три разновидности таких соединений:

Что их отличает, так это очень прочные связи между атомами. Когда упоминается такой тип, то речь лишь о двух элементах, соседствующих с углеродом: первый – это бром, второй – кремний.

Все вышеперечисленные свойства в этих соединениях «выставлены» на максимум. Это и небывалая твердость, и стойкость. Захотите растворить – не получится без участия едких кислот огромной концентрации. Тоже самое касается и взаимодействия с кислородом.

Просто так не получится, нужен нагрев, и не хилый – до 1000 градусов.

  • Солеобразные, либо ионные

Здесь в контакт с углеродом вступает либо алюминий, или металл, но не абы какой, а только из 1-2 групп хим. таблицы. Придать такому соединению жидкую форму все еще не очень просто, нужен предельный нагрев. А вот кислота незамеченной не останется, в результате такой «встречи» карбид распадется.

Получаются они из металлов, относящихся к 4-8 группе, сюда же идут кобальт, а также никель, ну и, конечно, железо.

Если рассматривать их химическое строение, увидим, что атомы углерода буквально разбросаны, между ними нет связей, они словно вкрапления в образовавшихся в металле пробелах.

Потому то они весьма тугоплавкие, можно даже сказать, чемпионы в этом деле. Это позволяет применять их при изготовлении сверл (победитовые сверла).

Получение

Производство карбида кальция заключается в следующем. Негашеную известь и предварительно измельченный кокс смешивают. Полученную смесь подвергают расплавлению в электрических печах. Кокс и оксид кальция берутся в равных по массе частях. Процесс происходит при температуре 1900 оС. Расплав выходит из печи и в дальнейшем разливается по специальным формам.

Затем уже затвердевший карбид кальция дробят и сортируют по размеру кусков. Гранулы вещества разделяются на четыре фракции в соответствии с их размерами: 25×80, 15×25, 8×15, 2×8, которые определяются ГОСТом 1460-56. По своему составу технический карбид кальция содержит 75-80% основного вещества.

На долю примесей, таких, как углерод, известь и других, приходится до 25% от общей массы полученной смеси. Кроме того, содержащийся в техническом карбиде сульфид и фосфид кальция обусловливают довольно неприятный его запах. Представим реакцию получения СаС2: СаО + 3С → СаС2 + СО↑. Образование ацетиленида кальция сопровождается поглощением тепла.

Поэтому логично предположить, что реакция его разложения, напротив, идет с выделением энергии.

Транспортировка и хранение

По причине того, что влага моментально разлагает карбид с выделением большого количества тепла и образованием взрывоопасного газа ацетилена, хранить вещество необходимо в герметично закупоренных барабанах или бидонах. Следует помнить, что ацетилен легче воздуха и способен скапливаться в верхних зонах помещения.

Этот газ, помимо наркотического действия, обладает способностью к самовоспламенению. Поэтому использовать карбид кальция необходимо с большой осторожностью. Расфасовке на производстве уделяется особое внимание. Готовое вещество помещается в специальные барабаны (тара, напоминающая консервные банки).

Такая упаковка требует аккуратного вскрытия. При этом должен использоваться инструмент, не приводящий к образованию искр (молоток или специальный нож). В случае попадания карбида на кожу или слизистые оболочки необходимо немедленно промыть пораженный участок водой и обработать место вазелином или жирным кремом.

Транспортировка соединения осуществляется с использованием только крытых видов транспорта. Воздушная доставка карбида запрещена. Помещения, где хранится СаС2, должны быть хорошо проветриваемыми. Также не разрешается хранить карбид совместно с другими химическими веществами.

Это может привести к нежелательным, а, возможно, и опасным, реакциям. Срок хранения карбида составляет полгода.

Техника безопасности

При проведении различных химических реакций для производства материалов должна соблюдаться техника безопасности. Как ранее было отмечено, выделяемые вещества могут быть взрывоопасными. Техника безопасности при взаимодействии с различными химическими веществами заключается в следующем:

  1. Для хранения и обработки требуется герметичное место. В обычном гараже проводить работы не рекомендуется.
  2. Нельзя допускать огонь к самому сырью, а также образующимся газам.
  3. Даже мелкие частицы могут привести к поражению кожных покровов. Именно поэтому работа должна проводится в респираторе и защитной одежде.
  4. Генераторы ацетилена размещают исключительно в хорошо изолированных помещениях.
  5. Если сырье применялось при проведении сварочных работ, то следует образующийся шлак утилизировать в специальных местах.
  6. При перемещении металлических и иных емкостей они должны быть надежно закреплены, столкновение и падение не допускается. Это может привести к появлению искр, которые станут причиной взрыва вещества.

Горение карбида кальция

Вышеприведенная информация определяет то, что работы с рассматриваемым сырьем не рекомендуется проводить в гараже или домашней мастерской. Несоблюдении технологии, отсутствии требующего оснащения и многие другие причины могут привести к возникновению искры и воспламенению веществ.

Применение

Область применения карбида кальция чрезвычайно широка. В первую очередь это промышленный синтез. Карбид кальция используется для производства синтетического каучука, уксусной кислоты, ацетона, этилена, винилхлорида, стирола. Также он находит применение в получении цианамида кальция.

Это вещество ценно своим использованием в синтезе различных удобрений и цианистых веществ. В сельском хозяйстве любому агроному известно такое название, как карбидно-карбамидный регулятор. Он применяется для регуляции роста растений. А для его получения также используется карбид кальция.

Кроме того, это соединение находит применение в процессе производства цианамида кальция. Эта реакция основана на нагревании карбида кальция с азотом. Восстановление щелочных металлов также не обходится без применения описываемого нами вещества. Карбид кальция применяется и в процессе газосварки. Например, широко используются карбидные лампы.

Принцип их работы основан на взаимодействии в специальной емкости карбида с водой и сгорании на выходе из аппарата конечного вещества реакции – ацетилена. Посмотрите на фото карбидной лампы.

Производство ацетилена

Одной из важнейших областей применения карбида кальция является его использование в получении ацетилена. Заслуга в открытии этого способа также принадлежит немецкому ученому-химику Фридриху Велеру. В основе этого промышленного процесса лежит реакция разложения карбида под воздействием воды.

СаС2 + 2 Н2О → С2Н2 + Са(ОН)2↓.На выходе образуется газ ацетилен и гашеная известь, выпадающая в осадок. Процесс сопровождается выделением большого количества тепла. Объем газа на выходе зависит от того, насколько чистый используется для реакции карбид кальция.

Ацетилен, образующийся в результате, может иметь различный объем – 1 кг исходного вещества может дать от 235 до 290 литров газа. Что касается скорости протекания реакции, то она зависит как от малого процента примесей в карбиде кальция, так и от температуры воды, а также ее чистоты.

Если рассматривать теоретическую реакцию производства ацетилена из карбида, то в ней на 1 кг карбида достаточно 560 мл воды. Однако на практике объем воды для проведения реакции увеличивается. На 1 кг карбида кальция в условиях промышленного синтеза требуется от 5 до 20 литров воды.

Такое количество необходимо для того, чтобы ацетилен лучше охлаждался, а также для обеспечения оптимальной безопасности при работе. Ниже изображен немецкий химик Фридрих Велер.

Цена

Если говорить о соединении с кальцием, то за один килограмм придется выложить около 80-ти рублей. Когда речь идет о кремнии в составе, накидывайте сверху еще пару рублей. Алюминиевая производная также доступна по цене, потратиться придется в пределах сотни. В такую же сумму обойдется карбид титана, молибдена и хрома.

Теперь о более затратных вариантах, к примеру, карбид вольфрама – покупка не из дешевых. Приготовьте около полутора тысяч рублей, с которыми придется распрощаться, приобретая 1000 граммов сырья.

Есть еще один «приятный» бонус, изготовитель может ограничить Вас в выборе количества приобретаемого товара, ведь многие указывают, что Вы обязаны купить минимум 10 килограммов. А если намерены приобрести состав с бором, то и того не легче – меньше 30-ти кило Вам вряд ли кто-то продаст, в то время как 1 кг. вылетит аж в 2 тысячи рублей.

Лабораторный опыт получения ацетилена

Многим из школьных уроков химии знакома реакция взаимодействия карбида с водой. Обычно этот опыт позволяет продемонстрировать реакцию получения ацетилена, а также физические и химические его свойства.

Процесс выделения газа при этом происходит достаточно бурно, поэтому трубка, отводящая ацетилен из колбы с действующими веществами, помещается в чашу с водой. Это обеспечивает менее активное и стремительное движение газа.

Кроме того, в лабораторных условиях можно использовать и другой способ, чтобы сделать не слишком бурной реакцию разложения такого соединения, как карбид. Ацетилен при этом идет равномерно и спокойно. Для этого вместо воды необходимо взять насыщенный раствор поваренной соли.

Также в лаборатории при проведении этой реакции следует осторожно добавлять воду в карбид, помещенный в объемную колбу, а не наоборот.

Как это может быть полезно в жизни?

Ну, во-первых, знание химических соединений никогда не может быть лишним. Всегда лучше быть вооружённым знанием, чем остаться без него. Во-вторых, чем больше вы знаете о существовании определённых соединений, тем лучше понимаете механизм их образования и законы, которые позволяют им существовать.

Перед тем как перейти к окончанию, хотелось бы дать несколько рекомендаций по изучению этого материала.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector