แคลเซียมออกไซด์ (เคา): โครงสร้างคุณสมบัติและการใช้งาน - เคมี - 2026

แคลเซียมออกไซด์ (CaO) เป็นสารอนินทรีที่มีแคลเซียมและออกซิเจนในรูปแบบอิออน (ไม่ได้ ที่จะ สับสนกับแคลเซียมออกไซด์ CaO ₂ ) ทั่วโลกรู้จักกันในชื่อปูนขาวซึ่งเป็นคำที่กำหนดสารประกอบอนินทรีย์ใด ๆ ที่ประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนตออกไซด์และไฮดรอกไซด์นอกเหนือจากโลหะอื่น ๆ เช่นซิลิกอนอลูมิเนียมและเหล็ก

ออกไซด์ (หรือปูนขาว) นี้เรียกอีกอย่างว่าปูนขาวหรือปูนขาวขึ้นอยู่กับว่ามีการให้ความชุ่มชื้นหรือไม่ ปูนขาวคือแคลเซียมออกไซด์ในขณะที่ปูนขาวเป็นไฮดรอกไซด์ ในทางกลับกันหินปูน (หินปูนหรือปูนขาวแข็ง) เป็นหินตะกอนที่ประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นหลัก (CaCO ₃ )

เป็นแหล่งแคลเซียมธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งและเป็นวัตถุดิบในการผลิตแคลเซียมออกไซด์ สนิมนี้ผลิตได้อย่างไร? คาร์บอเนตมีความไวต่อการสลายตัวด้วยความร้อน การให้ความร้อนกับแคลเซียมคาร์บอเนตที่อุณหภูมิสูงกว่า 825 ºCนำไปสู่การก่อตัวของปูนขาวและคาร์บอนไดออกไซด์

ข้อความข้างต้นสามารถอธิบายได้ดังนี้: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g) เนื่องจากเปลือกโลกอุดมไปด้วยหินปูนและแคลไซต์และเปลือกหอย (วัตถุดิบในการผลิตแคลเซียมออกไซด์) มีมากในมหาสมุทรและชายหาดแคลเซียมออกไซด์จึงเป็นสารที่มีราคาไม่แพงนัก

สูตร

สูตรทางเคมีของแคลเซียมออกไซด์เป็น CaO ซึ่งในแคลเซียมไอออนเป็นเช่นกรด (อิเล็กตรอนใบเสร็จ) Ca ²⁺และออกซิเจนไอออนพื้นฐาน (อิเล็กตรอนบริจาค) O 2-

ทำไมแคลเซียมจึงมีประจุ +2? เนื่องจากแคลเซียมอยู่ในกลุ่มที่ 2 ของตารางธาตุ (Mr. Becambara) และมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงสองตัวเท่านั้นสำหรับการสร้างพันธะซึ่งจะให้กับอะตอมออกซิเจน

โครงสร้าง

ในภาพบนจะแสดงโครงสร้างผลึก (ประเภทเกลืออัญมณี) สำหรับแคลเซียมออกไซด์ ทรงกลมสีแดงขนาดใหญ่สอดคล้องกับ Ca ²⁺ไอออนและทรงกลมสีขาวกับ O ^2-ไอออน

ในการจัดเรียงของผลึกลูกบาศก์นี้ไอออน Ca ²⁺แต่ละตัวจะถูกล้อมรอบด้วย O ^2-ไอออนหกตัวซึ่งเกิดขึ้นในช่องว่างรูปแปดด้านที่ปล่อยให้ไอออนขนาดใหญ่อยู่ระหว่างพวกมัน

โครงสร้างนี้แสดงลักษณะไอออนิกของออกไซด์นี้ให้ได้มากที่สุดแม้ว่าความแตกต่างที่ชัดเจนในรัศมี (ทรงกลมสีแดงจะมีขนาดใหญ่กว่าสีขาว) จะให้พลังงานตาข่ายผลึกที่อ่อนแอกว่าเมื่อเทียบกับ MgO

คุณสมบัติ

ในทางกายภาพมันเป็นผลึกสีขาวของแข็งไม่มีกลิ่นและมีปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตที่รุนแรงซึ่งรับผิดชอบจุดหลอมเหลวสูง (2572 ºC) และจุดเดือด (2850 ºC) นอกจากนี้ยังมีน้ำหนักโมเลกุล 55.958 g / mol และคุณสมบัติที่น่าสนใจของการเป็นเทอร์โมลูมิเนสเซนต์

ซึ่งหมายความว่าชิ้นส่วนของแคลเซียมออกไซด์ที่สัมผัสกับเปลวไฟสามารถเรืองแสงด้วยแสงสีขาวที่รุนแรงซึ่งเรียกในภาษาอังกฤษว่าไฟแก็ซหรือในภาษาสเปนคือแสงแคลเซียม Ca ²⁺ไอออนเมื่อสัมผัสกับไฟจะทำให้เกิดเปลวไฟสีแดงดังที่เห็นในภาพต่อไปนี้

Limelight หรือไฟแก็ซ

การละลาย

CaO เป็นออกไซด์พื้นฐานที่มีความสัมพันธ์กับน้ำมากถึงขนาดที่ดูดซับความชื้น (เป็นของแข็งอุ้มน้ำ) ทำปฏิกิริยาทันทีเพื่อผลิตปูนขาวหรือแคลเซียมไฮดรอกไซด์:

CaO (s) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

ปฏิกิริยานี้เป็นแบบคายความร้อน (ให้ความร้อน) เนื่องจากการก่อตัวของของแข็งที่มีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงและตาข่ายคริสตัลที่เสถียรกว่า อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาจะย้อนกลับได้ถ้า Ca (OH) _{2 ได้}รับความร้อนทำให้คายน้ำออกและจุดไฟปูนขาว จากนั้นมะนาวจะ "เกิดใหม่"

สารละลายที่ได้เป็นพื้นฐานมากและถ้าอิ่มตัวด้วยแคลเซียมออกไซด์จะมีค่า pH 12.8

ในทำนองเดียวกันมันละลายได้ในกลีเซอรอลและในสารละลายกรดและน้ำตาล เนื่องจากเป็นออกไซด์พื้นฐานโดยธรรมชาติจึงมีปฏิสัมพันธ์ที่มีประสิทธิภาพกับออกไซด์ที่เป็นกรด (เช่น SiO ₂ , Al ₂ O ₃และ Fe ₂ O ₃ ) ซึ่งสามารถละลายได้ในขั้นตอนของของเหลว ในทางกลับกันมันไม่ละลายในแอลกอฮอล์และตัวทำละลายอินทรีย์

การประยุกต์ใช้งาน

CaO มีการใช้ในเชิงอุตสาหกรรมอย่างไม่สิ้นสุดเช่นเดียวกับการสังเคราะห์อะเซทิลีน (CH≡CH) ในการสกัดฟอสเฟตจากน้ำเสียและในการทำปฏิกิริยากับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากของเสียที่เป็นก๊าซ

การใช้แคลเซียมออกไซด์อื่น ๆ มีอธิบายไว้ด้านล่าง:

เป็นปูน

ถ้าแคลเซียมออกไซด์ผสมกับทราย (SiO ₂ ) และน้ำมันจะเค้กด้วยทรายและทำปฏิกิริยากับน้ำอย่างช้าๆเพื่อสร้างปูนขาว ในทางกลับกัน CO _{2 ใน}อากาศจะละลายในน้ำและทำปฏิกิริยากับเกลือที่ฉาบเพื่อสร้างแคลเซียมคาร์บอเนต:

Ca (OH) ₂ (s) + CO ₂ (g) => CaCO ₃ (s) + H ₂ O (ล.)

CaCO ₃เป็นสารประกอบที่ทนและแข็งกว่า CaO ทำให้ปูน (ส่วนผสมก่อนหน้านี้) แข็งตัวและยึดอิฐบล็อกหรือเซรามิกระหว่างพวกเขาหรือกับพื้นผิวที่ต้องการ

ในการผลิตแก้ว

วัตถุดิบที่จำเป็นสำหรับการผลิตแก้ว ได้แก่ ซิลิกอนออกไซด์ซึ่งผสมกับปูนขาวโซเดียมคาร์บอเนต (Na ₂ CO ₃ ) และสารเติมแต่งอื่น ๆ แล้วนำไปผ่านความร้อนทำให้ได้ของแข็งคล้ายแก้ว ของแข็งนี้จะถูกทำให้ร้อนและเป่าเป็นรูปต่างๆ

ในการทำเหมือง

ปูนขาวมีปริมาตรมากกว่าปูนขาวเนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างพันธะไฮโดรเจน (OHO) คุณสมบัตินี้ใช้ในการทำลายหินจากภายใน

สิ่งนี้ทำได้โดยการเติมปูนขาวและน้ำที่มีขนาดกะทัดรัดซึ่งปิดผนึกเพื่อเน้นความร้อนและพลังที่กว้างขวางภายในหิน

เป็นสารกำจัดซิลิเกต

CaO หลอมรวมกับซิลิเกตเพื่อสร้างของเหลวที่รวมตัวกันซึ่งสกัดจากวัตถุดิบของผลิตภัณฑ์บางชนิด

ตัวอย่างเช่นแร่เหล็กเป็นวัตถุดิบในการผลิตเหล็กโลหะและเหล็กกล้า แร่ธาตุเหล่านี้ประกอบด้วยซิลิเกตซึ่งเป็นสิ่งสกปรกที่ไม่พึงปรารถนาสำหรับกระบวนการนี้และจะถูกกำจัดออกโดยวิธีการที่อธิบายไว้

อนุภาคนาโนแคลเซียมออกไซด์

แคลเซียมออกไซด์สามารถสังเคราะห์เป็นอนุภาคนาโนได้โดยเปลี่ยนความเข้มข้นของแคลเซียมไนเตรต (Ca (NO ₃ ) ₂ ) และโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ในสารละลาย

อนุภาคเหล่านี้เป็นทรงกลมพื้นฐาน (เช่นเดียวกับของแข็งระดับมหภาค) และมีพื้นที่ผิวมาก ดังนั้นคุณสมบัติเหล่านี้จึงเป็นประโยชน์ต่อกระบวนการเร่งปฏิกิริยา ที่? ขณะนี้การวิจัยกำลังตอบคำถามนั้น

อนุภาคนาโนเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ทดแทนเช่นอนุพันธ์ของไพริดีนในการกำหนดยาใหม่เพื่อดำเนินการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเช่นการสังเคราะห์ด้วยแสงเทียมสำหรับการทำให้น้ำบริสุทธิ์จากโลหะหนักและเป็นอันตรายและเป็น สารโฟโตคะตะไลติก

อนุภาคนาโนสามารถสังเคราะห์โดยอาศัยการสนับสนุนทางชีวภาพเช่นมะละกอและใบชาเขียวเพื่อใช้เป็นสารต้านเชื้อแบคทีเรีย

อ้างอิง

1. scifun.org. (2018) มะนาว: แคลเซียมออกไซด์ สืบค้นเมื่อ 30 มีนาคม 2018 จาก: scifun.org.
2. วิกิพีเดีย (2018) แคลเซียมออกไซด์. สืบค้นเมื่อ 30 มีนาคม 2561 จาก: en.wikipedia.org
3. Ashwini Anantharaman et al. (2016) การสังเคราะห์สีเขียวของอนุภาคนาโนแคลเซียมออกไซด์และการใช้งาน Int. Journal of Engineering Research and Application. ISSN: 2248-9622, Vol. 6, Issue 10, (Part -1), pp.27-31.
4. J. Safaei-Ghomi และคณะ (2013) อนุภาคนาโนของแคลเซียมออกไซด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์ไพริดีนหลายองค์ประกอบแบบขั้นตอนเดียวในสื่อเอทานอลในน้ำ Scientia Iranica ธุรกรรม C: เคมีและวิศวกรรมเคมี 20 549–554
5. PubChem (2018) แคลเซียมออกไซด์. สืบค้นเมื่อ 30 มีนาคม 2561 จาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. ในองค์ประกอบของกลุ่ม 2. (พิมพ์ครั้งที่สี่, หน้า 280). Mc Graw Hill