Kalcium-karbid

kalcium-karbid
kalcium-karbid
kalcium-karbid rögök
IUPAC-név	kalcium-karbid
Más nevek	karbid
Kémiai azonosítók
CAS-szám	75-20-7
PubChem	6352
ChemSpider	6112
EINECS-szám	200-848-3
ChEBI	234129
RTECS szám	EV9400000
SMILES	[Ca+2].[C-]#[C-]
InChI	1/C2.Ca/c1-2;/q-2;+2
InChIKey	UIXRSLJINYRGFQ-UHFFFAOYSA-N
UNII	846WNV4A5F
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet	CaC2
Moláris tömeg	64,099 g/mol
Megjelenés	Általában szürke, kék színű kristályok, rögök
Sűrűség	2,22 g/cm³
Olvadáspont	2160 °C
Forráspont	2300 °C
Oldhatóság (vízben)	oldható, reakcióba lép
Kristályszerkezet
Kristályszerkezet	Tetragonális
Tércsoport	D174h, I4/mmm, tI6
Koordinációs geometria	6
Termokémia
Std. képződési entalpia ΔfHo298	−63 kJ·mol−1
Standard moláris entrópia So298	70 J·mol−1·K−1
Hőkapacitás, C	59 J/(mol·K)
Veszélyek
EU osztályozás	Gyúlékony (F)
EU Index	006-004-00-9
NFPA 704	3 3 2 W
R mondatok	R15
S mondatok	(S2), S8, S13
Lobbanáspont	305 °C (acetilén)
Rokon vegyületek
Azonos kation	A kalcium vegyületei
Azonos anion	Karbidok
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A kalcium-karbid, CaC₂ egy vegyület, az acetilénfejlesztés alapanyaga. A gázfejlesztéshez a kalcium-karbidot vízzel reagáltatják.

Tulajdonságai

• A technikai kalcium-karbid rideg, szürkésfekete színű, fémes fényű, kristályos anyag. Szennyezésként 12-15% CaO-ot (égetett mész), emellett még kis mennyiségben kalcium-foszfidot (Ca₃P₂), kalcium-szulfidot (CaS), kalcium-nitridet (Ca₃N₂) és kalcium-ciánamidot (CaCN₂) is tartalmaz. A karbidra jellemző "fokhagymás" szag főleg foszfinra (PH₃) vezethető vissza, ami kalcium-foszfidból víz hatására keletkezik. A CaC₂-ból víz hatására keletkező acetilén szagtalan.
• Jellegzetes tulajdonsága a nagy fokú higroszkóposság azaz nedvszívó-képesség. Víz hatására a kalcium-karbidból acetilén fejlődik. A kalcium-karbid gázfejlesztő képessége nagymértékben függ a szemcsenagyságtól, általában 250–300 l acetiléngáz fejlődik 1 kg kalcium-karbidból.
• A kalcium-karbid tűz- és robbanásveszélyes anyag, ezért használatával, tárolásával kapcsolatban a vonatkozó MSZ 1603, MSZ 6291 és MSZ 15663 szabványok, és tűzrendészeti előírások betartása kötelező.

Gyártása

Kalcium-karbid előállítása a Buna vegyi kombinátban (1983)

A kalcium-karbid kalcium-karbonát és szén reakciójából, nagy hőmérsékleten keletkezik.

Iparilag elektromos kemencében, ívfényben, mészkőből és kokszból állítják elő:

$\mathrm {CaCO_{3}+3C\Rightarrow CaC_{2}+CO+CO_{2}} \,\!$

Mészkő + koksz → kalcium-karbid + szén-monoxid + szén-dioxid E folyamat 2200-2300 °C hőmérsékleten zajlik le. Az egy kohóhoz szükséges teljesítmény 100-160 V feszültség mellett kb. 27 MW. Az ilyen hőmérsékleteknél keletkező CaC₂ hígfolyós, majd derítik, szűrik és lehűtés végett vastálakba engedik.

Felhasználása

Acetilén fejlesztés:

$\mathrm {CaC_{2}+2H_{2}O\Rightarrow Ca(OH)_{2}+C_{2}H_{2}} \,\!$

karbid + víz $\Rightarrow \,\!$ kalcium-hidroxid + acetilén

Veszélyessége

A CaC₂ és a H₂O reakciós termékeinek veszélyességével és méregtartalmával kapcsolatban a következőket kell tudni:

• A fő tömegben keletkező acetilén (C₂H₂) nem mérgező, szagtalan, de oxigénnel történő jó elkeveredés esetében rendkívül robbanékony gáz. A CaC₂ és H₂O zárt tartályban reakcióba lép, robbanás következhet be, ugyanis a tiszta acetilén nagyobb nyomáson önmagától fölrobban („karbidbomba”),

$\mathrm {C_{2}H_{2}\Rightarrow 2C+H_{2}} \,\!$

• A foszfin (PH₃) nagyon mérgező és kellemetlen (fokhagymaszerű) szagú gáz. Tekintettel arra, hogy ez a gáz már a legcsekélyebb mennyiségben is jól érezhető, különösebb veszélyt nem jelent. Az acetilén normális égésénél foszfinból foszforsav keletkezik, és így ártalmatlanná válik.
• A kénhidrogén (H₂S) ugyancsak kellemetlen (záptojás) szagú és mérgező gáz, de igen kis koncentrációja miatt ártalmatlan. A H₂S a kalcium-szulfid (CaS) vízzel történő reakciója útján keletkezik. Ugyanúgy mint a foszfin, égéssel ártalmatlanná válik (H₂SO₃).
• Az ammónia (NH₃) jellemző, szúrós szagú gáz, mely azonban csak nagyobb töménységnél ártalmas és maró hatású. Kis töménysége miatt veszélytelen. Az NH₃ a kalcium-nitridből és a ciánamidból képződik.
• Szilárd alkotórész: „oltott mész” (kalcium-hidroxid, Ca(OH)₂ viszonylag erős (maró!) lúg. Friss állapotban, nagyobb mennyiségben és hosszabb időn át nem szabad a bőrrel és különösen nem a szemmel érintkeznie. Egyébként az anyag nem mérgező, mészszegény talajon szívesen használják trágyázásra. Régi Ca(OH)₂ a levegő szén-dioxidjával történő reakciója miatt még veszélytelenebb, mert belőle CaCO₃ (kalcium-karbonát) képződik.

Környezetvédelem

A karbidlámpa „karbidhamujára” is az vonatkozik, ami a kalcium-hidroxidnál (oltott mész) le lett írva.

• Nagy mennyiségben és frissen kiszórva, maró hatása miatt, a közvetlenül alatta levő barlangtalaj mikrofaunájára káros. Ez a hatás azonban nem különösen hosszan tartó. A karbidhamuban a Ca(OH)₂ melletti foszfin, illetve hidrogén-szulfid és ammónia igen kis koncentrációja, és e gázok illékonysága miatt egészen veszélytelen, de ezek miatt lehet érezni a frissen ürített karbidhamut büdösnek.
• A karbidhamunak többé-kevésbé rejtett elhelyezése barlangokban vagy közvetlenül a barlangok mellett esztétikai és elvi okok miatt elítélendő. Az erdő vagy rét talajában történő elásás ellen az általában kis mennyiség miatt nem lehetne tiltakozni, feltéve, ha az nem mindig ugyanazon a helyen és egy barlangbejárat közvetlen közelében történik.
• Amennyiben a barlangban kell kalcium-karbidot váltani, akkor az elhasznált anyagot egy kis műanyagzacskóba kell tölteni és ki kell vinni a barlangból. A jól működő lámpa 8–10 óráig ég egy töltéssel, ezért ez csak nagyon hosszú túráknál (felmérések, éjszakázások nagy barlangrendszerben) vagy rossz lámpáknál indokolt.

Források

• "Calcium Carbide" (angol nyelven). ihs.com. Hozzáférés: 2013. április 6.
• "Kalcium karbid" (magyar nyelven). donauchem.hu. Hozzáférés: 2013. április 6.
• "Mit kell tudni a karbidról? (Karszt és barlang, 1986. I., 39. old.)" (magyar nyelven). MKBT. Hozzáférés: 2014. október 14.

További információk

• "Kalcium karbid reakciója vízzel". youtube.com. Hozzáférés: 2013. április 6.
• "Calcium Carbide & Acetylene at The Periodic Table of Videos" (angol nyelven). University of Nottingham. Hozzáférés: 2013. április 6.