Кальций оксидінің химиялық қасиеттері мен қолданылуы

Кіріспе

Тез қыш салыстырмалы түрде арзан. Ол да, оның химиялық туындысы кальций гидроксиді (тез қыш – оның сусыз ангидриді) маңызды тауарлық химиялық заттар болып табылады.

Қолданылуы

Тез қыш негізінен негізгі оттегімен болат жасау процесінде қолданылады. Оның қолданылуы тонна болатқа шамамен бір тоннаға дейін өзгереді. Тез қыш қышқыл оксидтерді – SiO2, Al2O3 және Fe2O3 – бейтараптандырып, негізгі балқыған шлак түзеді. CaO (s) + H2O (l) → Ca(OH)2 (aq) (ΔHr = −63.7 кДж/моль CaO). Гидратация кезінде экзотермиялық реакция жүзеге асады және қатты зат көпіршіктейді. Гидратты қыздыру арқылы суды алып тастап, суландыру реакциясын кері қайтару арқылы тез күйдегі әкке айналдыруға болады. Бір литр су шамамен қызылшаның бір бөлігімен қосылып, кальций гидроксиді мен 3,54 МДж энергияны бөліп шығарады. Бұл процесті ыстықтың ыңғайлы, портативті көзін алу үшін пайдалануға болады, мысалы, өздігінен жылытылатын консервіде тамақты жылыту, пісіру және ашық отсыз суды қыздыру үшін. Бірнеше компания осы қыздыру әдісін қолданатын пісіру жиынтықтарын сатады. Бұл зат FAO бойынша тағамдық қоспа ретінде қышқылдықты реттеуші, ұнды өңдеуші және көпіргіш ретінде танымал. Оның E нөмірі E529. Жарық: Тез қыш 2400 °C (4352 °F) температураға дейін қызғанда, қатты жарқырап шығады. Бұл жарықтандыру түрі "лимпайт" деп аталады және электр жарығы ойлап табылғанға дейін театрлық қойылымдарда кеңінен қолданылған. Цемент: Кальций оксиді цемент жасау процесінің маңызды құрамы болып табылады. Ол арзан және кең таралған сілті. Өндірілген қызылшаның шамамен 50%-ы пайдалану алдында кальций гидроксидіне айналдырылады. Тез және гидратацияланған әк екеуі де ауыз суды тазарту үшін қолданылады. Мұндай әк күл төсеніші он тоғызыншы ғасырдың соңына дейін қолданыста болды. Химиялық немесе энергия өндірісі: Қатыспалы спрейлер немесе кальций оксидінің суспензиясы түтін газдарынан күкірт диоксидін жою үшін, "күл газды күкірттен тазарту" процесінде қолданылады. Көміртегіді ұстау және сақтау: Кальций оксиді "кальций циклдығы" деп аталатын процесте түтін газдарынан көмірқышқыл газын ұстау үшін қолданылады. Тау-кен өндірісі: Сығымдалған әк патрондары тез қыш әкінің экзотермиялық қасиеттерін пайдаланып тау жынысын жаруға қолданылады. Тасқа әдеттегідей тесік бұрғыланады, оның ішіне жабық патрон әк салынып, тығыздалады. Содан кейін патронға су құйылады, нәтижесінде пайда болатын бу және қалған гидратацияланған қатты заттың көлемі тасты жарып шығарады. Егер тау жынысы тым қатты болса, бұл әдіс жұмыс істемейді. Денелерді жою: Тарихи тұрғыдан алғанда, тез қыш шіру процесін жеделдетуге тиімді деп қате пікір қалыптасқан. Шындығында, тез қыш сақтауға көмектеседі. Тез қыш шірудың жағымсыз иісін жоюға көмектеседі, бұл адамдарды бұл қателікке әкелген болуы мүмкін. Ежелгі Римнің бетонының беріктігіне оның құрамындағы тез қыш әсер еткені анықталды. Қызылшамен ыстық араластыру арқылы, тез қыш макро өлшемді әк кластерлерін, ерекше сымбатты нано бөлшектер архитектурасымен бірге жасайды. Бетонда жарықтар пайда болғанда, олар құрылымдық жағынан әлсіз әк кластерлері арқылы өтеді, оларды сызады. Су жарықтарға енгенде кальцийге қаныққан ерітінді пайда болады, ол кальций карбонаты түрінде қайтадан кристалданып, жарықты тез толтырады. Термохимиялық жылу сақтау механизмі CaO және CaCO3 синтерімен байланысты. Бұл материалдардың реактивтілігі төмендегенін және температураның жоғарылауымен тығыздығы артқанын көрсетеді. Сондай-ақ, бұл материалдардың жылуды сақтаудағы тиімділігіне әсер ететін нақты синтерлеу процестері мен айнымалылар анықталды.

The major use of quicklime is in the basic oxygen steelmaking (BOS) process. Its usage varies from about per ton of steel. The quicklime neutralizes the acidic oxides, SiO2, Al2O3, and Fe2O3, to produce a basic molten slag. CaO (s) + H2O (l) Ca(OH)2 (aq) (ΔHr = −63.7kJ/mol of CaO)
As it hydrates, an exothermic reaction results and the solid puffs up. The hydrate can be reconverted to quicklime by removing the water by heating it to redness to reverse the hydration reaction. One litre of water combines with approximately of quicklime to give calcium hydroxide plus 3.54 MJ of energy. This process can be used to provide a convenient portable source of heat, as for on the spot food warming in a self heating can, cooking, and heating water without open flames. Several companies sell cooking kits using this heating method. It is known as a food additive to the FAO as an acidity regulator, a flour treatment agent and as a leavener. It has E number E529. Light: When quicklime is heated to 2400 °C (4352 °F), it emits an intense glow. This form of illumination is known as a limelight, and was used broadly in theatrical productions before the invention of electric lighting. Cement: Calcium oxide is a key ingredient for the process of making cement. As a cheap and widely available alkali. About 50% of the total quicklime production is converted to calcium hydroxide before use. Both quick and hydrated lime are used in the treatment of drinking water. Such Lime ash floor remained in use until the late nineteenth century. Chemical or power production: Solid sprays or slurries of calcium oxide can be used to remove sulfur dioxide from exhaust streams in a process called flue gas desulfurization. Carbon capture and storage: Calcium oxide can be used to capture carbon dioxide from flue gases in a process called calcium looping. Mining: Compressed lime cartridges exploit the exothermic properties of quicklime to break rock. A shot hole is drilled into the rock in the usual way and a sealed cartridge of quicklime is placed within and tamped. A quantity of water is then injected into the cartridge and the resulting release of steam, together with the greater volume of the residual hydrated solid, breaks the rock apart. The method does not work if the rock is particularly hard. Disposal of corpses: Historically, it was mistakenly believed that quicklime was efficacious in accelerating the decomposition of corpses. The application of quicklime can, in fact, promote preservation. Quicklime can aid in eradicating the stench of decomposition, which may have led people to the erroneous conclusion. It has been determined that the durability of ancient Roman concrete is attributed in part to the use of quicklime as an ingredient. Combined with hot mixing, the quicklime creates macro sized lime clasts with a characteristically brittle nano particle architecture. As cracks form in the concrete, they preferentially pass through the structurally weaker lime clasts, fracturing them. When water enters these cracks it creates a calcium saturated solution which can recrystallize as calcium carbonate, quickly filling the crack. The thermochemical heat storage mechanism is greatly impacted by the sintering of CaO and CaCO3. It demonstrates that the storage materials become less reactive and denser at increasing temperatures. It also pinpoints particular sintering processes and variables influencing the efficiency of these materials in heat storage.

Қару

80 ж.б.д. римдік генерал Серторий Хиспанияның харацитандарына қарсы, олар қол жеткізбес үңгірлерге тығылғанда, жеңу үшін каустикалық әк ұнтағының тұншықтыратын бұлттарын қолданды. 178 жылы Қытайда да ұқсас шаң қарулы шаруалар көтерілісін басу үшін пайдаланылды, онда балғалары бар әк арбалары көпшілікке әк ұнтағын септі. Грек отының құрамында да тез өшірілетін әк болған деген болжам бар. Сумен жанасқанда, тез өшірілетін әк температурасын көтеріп, отынды тұтандыратын еді. Дэвид Юм «Англия тарихы» еңбегінде Генрих III патшаның билігінің басында ағылшын теңіз флоты француз флотын жойғанын, жау кемелерін тез өшірілетін әкпен соқыртып бағанын айтады. Тез өшірілетін әк ортағасырлық теңіз соғыстарында, тіпті жау кемелеріне лақтыру үшін «әктің оқ-дәрілері» ретінде де қолданылған болуы мүмкін.

Орналастырғыш заттар

Әктас көптеген қолданыстарда, оның ішінде ауыл шаруашылығында, флюс ретінде қолдануда және күкіртті жоюда әктің орнына қолданылады. Әктас, реакцияға түсетін заттардың азырақ болуына байланысты, әкке қарағанда баяу реакцияға түседі және қолданылуына қарай басқа кемшіліктері болуы мүмкін; алайда, әктас әктен едәуір арзан. Кальцинирленген гипс – өнеркәсіптік жабын және ерітінділерде қолданылатын балама материал. Цемент, цемент пешінің шаңы, ұшқыш күл және әк пешінің шаңы – әктің кейбір құрылыс салаларында қолданылатын мүмкін баламалар. Магний гидроксиді pH-ты реттеуде әктің орнына, ал магний оксиді – болат өндірісінде доломит әктің орнына қолданылады.

Қауіпсіздік

Қыш тез сумен күшті реакцияға түсетіндіктен, оны дем алғанда немесе ылғалды теріге немесе көзге тигізгенде қатты тітіркену тудырады. Дем алу кезінде жөтел, түкіру және тыныс алудың қиындығы пайда болуы мүмкін. Содан кейін мұрынның қабырғасының тесілуімен күйік, іш ауруы, жүрек ауруы және құсу дамуы мүмкін. Қыш өрт қаупі деп есептелмесе де, оның сумен әрекеттесуі жанғыш материалдарды тұтандыруға жеткілікті жылу бөліп шығаруы мүмкін.

Минералдық

Кальций оксиді "әктас" деп аталатын жеке минерал түріне (химиялық формуласы CaO) жатады. Оның кубтық кристалл жүйесі бар және монтепонитпен қатты ерітінді қатарын құрай алады. Кристалл қатырғы, пирометаморфты және ылғалды ауада тұрақсыз, тез портландитке (Ca(OH)2) айналады.