แคลเซียมคาร์ไบด์ (CAC2): โครงสร้างคุณสมบัติการผลิตการใช้งาน - เคมี - 2026

แคลเซียมคาร์ไบด์เป็นสารอนินทรีประกอบด้วยองค์ประกอบแคลเซียม (Ca) และคาร์บอน (C) สูตรทางเคมีของมันคือ CAC 2 เป็นของแข็งที่สามารถไม่มีสีเป็นสีขาวอมเหลืองหรือสีเทาและแม้กระทั่งสีดำขึ้นอยู่กับสิ่งสกปรกที่มีอยู่

ปฏิกิริยาทางเคมีที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของ CaC ₂คือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับน้ำ H ₂ O ซึ่งก่อตัวเป็นอะเซทิลีนHC≡CH ด้วยเหตุนี้จึงใช้เพื่อให้ได้อะเซทิลีนในระดับอุตสาหกรรม เนื่องจากปฏิกิริยาเดียวกันกับน้ำจึงถูกใช้ในการทำให้ผลไม้สุกในปืนปลอมและในเรือรบ

แคลเซียมคาร์ไบด์แข็งCaC ₂ . Ondřej Mangl / สาธารณสมบัติ ที่มา: Wikimedia Commons

ปฏิกิริยาของ CaC ₂กับน้ำยังก่อให้เกิดกากตะกอนที่มีประโยชน์ในการเตรียมปูนเม็ด (ส่วนประกอบของปูนซีเมนต์) ซึ่งก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂ ) น้อยกว่าเมื่อเทียบกับวิธีการผลิตปูนซีเมนต์แบบดั้งเดิม

ด้วยไนโตรเจน (N ₂ ) แคลเซียมคาร์ไบด์จะสร้างแคลเซียมไซยาไนด์ซึ่งใช้เป็นปุ๋ย นอกจากนี้CaC ₂ยังใช้ในการกำจัดกำมะถันออกจากโลหะผสมบางชนิด

เมื่อไม่นานมานี้มีการใช้CaC ₂ในหลอดคาร์ไบด์ที่เรียกว่าหลอดไฟ แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ธรรมดาอีกต่อไปเนื่องจากเป็นอันตราย

โครงสร้าง

แคลเซียมคาร์ไบด์เป็นสารประกอบไอออนิกและถูกสร้างขึ้นจากแคลเซียมไอออน Ca ²⁺และคาร์ไบด์หรือ acetylide ไอออน C ₂ 2- คาร์ไบด์ไอออนประกอบด้วยคาร์บอนสองอะตอมที่เชื่อมด้วยพันธะสาม

โครงสร้างทางเคมีของแคลเซียมคาร์ไบด์ ผู้แต่ง: Hellbus ที่มา: Wikimedia Commons

โครงสร้างผลึกของ CaC ₂ได้มาจากลูกบาศก์หนึ่ง (เช่นเดียวกับโซเดียมคลอไรด์ NaCl) แต่เมื่อ C ₂ ^2-ไอออนถูกยืดออกไปโครงสร้างจะบิดเบี้ยวและกลายเป็น tetragonal

ศัพท์เฉพาะ

• แคลเซียมคาร์ไบด์
• แคลเซียมคาร์ไบด์
• แคลเซียมอะซิทิไลด์

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

ผลึกของแข็งที่เมื่อบริสุทธิ์จะไม่มีสี แต่ถ้าปนเปื้อนด้วยสารประกอบอื่น ๆ อาจมีสีขาวอมเหลืองหรือสีเทาถึงดำ

แคลเซียมคาร์ไบด์ CaC ₂พร้อมสิ่งสกปรก Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) ที่มา: Wikimedia Commons

น้ำหนักโมเลกุล

64.0992 ก. / โมล

จุดหลอมเหลว

2160ºC

จุดเดือด

CaC ₂เดือดที่2300ºCโดยมีการสลายตัว ต้องวัดจุดเดือดภายใต้บรรยากาศเฉื่อยนั่นคือไม่มีออกซิเจนหรือความชื้น

ความหนาแน่น

2.22 ก. / ซม. ³

คุณสมบัติทางเคมี

แคลเซียมคาร์ไบด์ทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างอะเซทิลีนHC≡CHและแคลเซียมไฮดรอกไซด์ Ca (OH) ₂ :

CaC ₂ + 2 H ₂ O →HC≡CH + Ca (OH) ₂

อะเซทิลีนเป็นวัตถุไวไฟดังนั้นในที่ที่มีความชื้น CaC ₂จึงสามารถติดไฟได้ อย่างไรก็ตามเมื่อแห้งแล้วจะไม่เป็นเช่นนั้น

แคลเซียมคาร์ไบด์ CaC _{2 ที่}มีรูปแบบน้ำอะเซทิลีนHC≡CHซึ่งเป็นสารประกอบที่ติดไฟได้ Kristina Kravets / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) ที่มา: Wikimedia Commons

แคลเซียมคาร์ไบด์ทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน N ₂เพื่อสร้างแคลเซียมไซยาไนด์ CaCN ₂ :

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

การได้รับ

แคลเซียมคาร์ไบด์ผลิตในเชิงอุตสาหกรรมในเตาอาร์กไฟฟ้าโดยเริ่มจากส่วนผสมของแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO ₃ ) และคาร์บอน (C) ที่อยู่ภายใต้อุณหภูมิ 2,000 ° C ปฏิกิริยาสรุปได้ดังนี้:

CaCO ₃ + 3 C → CaC ₂ + CO ↑ + CO ₂ ↑

หรือยัง:

CaO + 3 C → CaC ₂ + CO ↑

ในเตาอาร์กไฟฟ้าจะมีการผลิตอาร์กไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้ากราไฟต์สองขั้วซึ่งต้านทานอุณหภูมิสูงที่ก่อตัวขึ้น ได้รับแคลเซียมคาร์ไบด์ที่มีความบริสุทธิ์ 80-85%

การประยุกต์ใช้งาน

ในการผลิตอะเซทิลีน

อุตสาหกรรมปฏิกิริยาของแคลเซียมคาร์ไบด์ที่มีน้ำใช้ในการผลิตอะเซทิลีน C ₂ H 2

CaC ₂ + 2 H ₂ O →HC≡CH + Ca (OH) ₂

นี่คือการใช้แคลเซียมคาร์ไบด์ที่สำคัญที่สุด ในบางประเทศอะเซทิลีนมีมูลค่าสูงเนื่องจากอนุญาตให้ผลิตโพลีไวนิลคลอไรด์ซึ่งเป็นพลาสติกชนิดหนึ่ง นอกจากนี้อะเซทิลีนยังใช้สำหรับการเชื่อมที่อุณหภูมิสูง

เปลวไฟอะเซทิลีนHC≡CHสำหรับเชื่อมโลหะที่อุณหภูมิสูงมาก ผู้แต่ง: Shutterbug75 ที่มา: Pixabay

ในการลดการปล่อย CO

ซากที่ได้จากการได้รับอะเซทิลีนโดยเริ่มจาก CaC ₂ (เรียกอีกอย่างว่า "กากตะกอนแคลเซียมคาร์ไบด์" หรือ "กากแคลเซียมคาร์ไบด์") เพื่อให้ได้ปูนเม็ดหรือคอนกรีต

โคลนแคลเซียมคาร์ไบด์มีแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Ca (OH) ₂ ) สูง (ประมาณ 90%) แคลเซียมคาร์บอเนตบางส่วน (CaCO ₃ ) และมีค่า pH มากกว่า 12

แคลเซียมคาร์ไบด์ตกค้างสามารถใช้ในกิจกรรมการก่อสร้างเพื่อเตรียมคอนกรีตได้จึงช่วยลดการสร้าง CO ₂ในอุตสาหกรรมนี้ ผู้แต่ง: Engin Akyurt ที่มา: Pixabay

ด้วยเหตุผลเหล่านี้มันสามารถทำปฏิกิริยากับ SiO ₂หรือ Al ₂ O _{3 ได้}กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกับที่ได้จากกระบวนการไฮเดรชั่นซีเมนต์

หนึ่งในกิจกรรมของมนุษย์ที่ก่อให้เกิดการปล่อย CO ₂มากที่สุดคืออุตสาหกรรมการก่อสร้าง CO ₂ถูกสร้างขึ้นโดยการปล่อยออกมาจากแคลเซียมคาร์บอเนตในระหว่างการทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างคอนกรีต

การใช้กากตะกอนแคลเซียมคาร์ไบด์เพื่อทดแทนแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO ₃ ) พบว่าสามารถลดการปล่อย CO _{2 ได้} 39%

ในการได้รับแคลเซียมไซยาไนด์

แคลเซียมคาร์ไบด์นอกจากนี้ยังใช้ในอุตสาหกรรมที่จะได้รับแคลเซียม ได้แก่ cyanamide CaCN 2

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

แคลเซียมไซยาไนด์ถูกนำมาใช้เป็นปุ๋ยเนื่องจากน้ำในดินจะกลายเป็นไซยาไนด์ H2N = C = N ซึ่งให้ไนโตรเจนแก่พืชซึ่งเป็นสารอาหารที่จำเป็นสำหรับพวกมัน

ในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา

แคลเซียมคาร์ไบด์ใช้ในการกำจัดกำมะถันออกจากโลหะผสมเช่นเฟอร์โรนิกเคิล CaC ₂ผสมกับโลหะผสมที่หลอมละลายที่ 1550 ° C ซัลเฟอร์ (S) ทำปฏิกิริยากับแคลเซียมคาร์ไบด์และสร้างแคลเซียมซัลไฟด์ CaS และคาร์บอน C:

CaC ₂ + S → 2 C + CaS

การกำจัดซัลเฟอร์เป็นที่นิยมหากการผสมมีประสิทธิภาพและปริมาณคาร์บอนในโลหะผสมต่ำ แคลเซียมซัลไฟด์ CaS ลอยอยู่บนพื้นผิวของโลหะผสมที่หลอมละลายจากที่ที่ถูกแยกออกและทิ้งไป

ในการใช้งานต่างๆ

แคลเซียมคาร์ไบด์ถูกนำมาใช้เพื่อขจัดกำมะถันออกจากเหล็ก นอกจากนี้ยังเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตเหล็กและเป็นเครื่องกำจัดออกซิไดเซอร์ที่มีประสิทธิภาพ

ใช้ในการทำให้ผลไม้สุก อะเซทิลีนสร้างขึ้นจากแคลเซียมคาร์ไบด์กับน้ำซึ่งทำให้ผลไม้สุกเช่นกล้วย

กล้วยสุกสามารถใช้แคลเซียมคาร์ไบด์ CAC 2 ผู้แต่ง: Alexas Fotos ที่มา: Pixabay

แคลเซียมคาร์ไบด์ถูกใช้ในปืนดัมมี่เพื่อทำให้เกิดเสียงดังปังที่บ่งบอกลักษณะของปืน นอกจากนี้ยังมีการใช้การก่อตัวของอะเซทิลีนซึ่งระเบิดด้วยประกายไฟภายในอุปกรณ์

CaC ₂ใช้เพื่อสร้างสัญญาณนอกชายฝั่งในการจุดพลุเรือ

เลิกใช้แล้ว

CaC ₂ถูกใช้ในหลอดคาร์ไบด์ที่เรียกว่า การทำงานของสิ่งเหล่านี้ประกอบด้วยการหยดน้ำบนแคลเซียมคาร์ไบด์เพื่อสร้างอะเซทิลีนซึ่งจุดไฟและด้วยวิธีนี้จะให้แสงสว่าง

หลอดไฟเหล่านี้ถูกใช้ในเหมืองถ่านหิน แต่การใช้งานถูกยกเลิกเนื่องจากมีก๊าซมีเทน CH ₄ในเหมืองเหล่านี้ ก๊าซนี้เป็นสารไวไฟและเปลวไฟจากหลอดคาร์ไบด์อาจทำให้ติดไฟหรือระเบิดได้

CAC ₂โคมไฟแคลเซียมคาร์ไบด์ SCEhardt / สาธารณสมบัติ ที่มา: Wikimedia Commons

พวกมันถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในเหมืองหินชนวนทองแดงและดีบุกรวมถึงในรถยนต์รถจักรยานยนต์และจักรยานในยุคแรก ๆ เช่นไฟหน้าหรือไฟหน้า

ปัจจุบันพวกเขาถูกแทนที่ด้วยหลอดไฟฟ้าหรือแม้แต่หลอด LED อย่างไรก็ตามพวกเขายังคงใช้ในประเทศเช่นโบลิเวียในเหมืองแร่เงินของโปโตซี

ความเสี่ยง

แคลเซียมคาร์ไบด์แห้งCaC ₂ไม่ติดไฟ แต่ในที่ที่มีความชื้นจะสร้างอะเซทิลีนได้อย่างรวดเร็วซึ่งก็คือ

ในการดับไฟต่อหน้า CaC ₂ห้ามใช้น้ำโฟมคาร์บอนไดออกไซด์หรือเครื่องดับเพลิงชนิดฮาโลเจน ควรใช้ทรายหรือโซเดียมหรือแคลเซียมไฮดรอกไซด์

อ้างอิง

1. Ropp, RC (2013). กลุ่มที่ 14 (C, Si, Ge, Sn และ Pb) สารประกอบอัลคาไลน์เอิร์ ธ แคลเซียมคาร์ไบด์ ในสารานุกรมของสารประกอบอัลคาไลน์เอิร์ ธ . กู้คืนจาก sciencedirect.com.
2. โพฮานิช, RP (2017). ค. แคลเซียมคาร์ไบด์. ในคู่มือของ Sittig เรื่องสารเคมีและสารพิษอันตรายและสารก่อมะเร็ง (ฉบับที่เจ็ด) กู้คืนจาก sciencedirect.com.
3. Sun, H. et al. (2015) คุณสมบัติของแคลเซียมคาร์ไบด์ที่เผาไหม้ทางเคมีและอิทธิพลต่อคุณสมบัติของปูนซีเมนต์ วัสดุ 2015, 8, 638-651 กู้คืนจาก ncbi.nlm.nih.gov
4. Nie, Z. (2016). การประเมินวัสดุเชิงนิเวศและวัฏจักรชีวิต กรณีศึกษา: การวิเคราะห์การปล่อยCO ₂ของปูนเม็ดตะกอนแคลเซียมคาร์ไบด์ ในการผลิตวัสดุขั้นสูงที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน กู้คืนจาก sciencedirect.com.
5. Crundwell, FK Et al. (2011) การกลั่น Ferronickel หลอมเหลว การกำจัดกำมะถัน ในโลหะผสมนิกเกิลโคบอลต์และทองคำขาว กู้คืนจาก sciencedirect.com.
6. Tressler, RE (2001). เซรามิกโครงสร้างและเทอร์โมโครงสร้าง คาร์ไบด์ ในสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุ. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
7. ฝ้ายเอฟอัลเบิร์ตและวิลคินสันจอฟฟรีย์ (1980) เคมีอนินทรีย์ขั้นสูง. พิมพ์ครั้งที่สี่. John Wiley & Sons