탄화칼슘

Calcium carbide
탄화칼슘
Calcium carbide formula.png
Karbid vápenatý.JPG
이름
선호 IUPAC 이름
아세틸라이드 칼슘
체계적 IUPAC 이름
에틸네디아화칼슘
기타 이름
과카르비드 칼슘
탄화칼슘
디카르비드 칼슘
식별자
  • 75-20-7 checkY
3D 모델(JSmol)
켐스파이더
ECHA InfoCard 100.000.772 Edit this at Wikidata
EC 번호
  • 200-848-3
펍켐 CID
유니
  • InChi=1S/C2.Ca/c1-2;/q-2;+2 checkY
    키: UIXRSLJINYRFQ-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChi=1/C2.Ca/c1-2;/q-2;+2
    키: UIXRSLJINYRFQ-UHFFFAOYAI
  • [Ca+2][C-]#[C-]
특성.
CaC2
어금질량 64.099 g/190
외관 백색 가루에서 회색/검은색 결정체까지
밀도 2.22 g/cm3
녹는점 2,160 °C(3,920 °F, 2,430 K)
비등점 2,300 °C(4,170 °F, 2,570 K)
급속 가수 분해
구조[1]
4각형(I상)
단색체(II 위상)
단색체(III 단계)
I4/mmm(I 단계)
C2/c(II 위상)
C2/m(III 단계)
6
열화학
70 J·몰−1·K−1
-63 kJ·몰−1
위험
주요 위험 물과 반응하여 아세틸렌 가스를[2] 방출한다.
GHS 픽토그램 GHS02: FlammableGHS05: Corrosive
GHS 시그널 워드 위험
H260
NFPA 704(화재 다이아몬드)
1
4
2
305°C(581°F, 578K) (아세틸렌)
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
check 이버라이시checkY☒N(?)
Infobox 참조 자료

아세틸라이드 칼슘으로도 알려진 카바이드 칼슘은 CaC의2 화학식을 가진 화학 화합물이다. 산업적으로 그것의 주된 용도는 아세틸렌과 가이나미드 칼슘의 생산에 있다.[3]

순수 물질은 무색이지만, 기술 등급의 칼슘 카바이드 조각은 회색 또는 갈색으로 CaC의2 약 80~85%(산화물칼슘), CaP32(칼슘인산칼슘), CaS(황화칼슘), CaN32(질화칼슘), SiC(실리콘카바이드) 등으로 구성된다. 미량의 습기가 있는 곳에서 기술급 칼슘 탄화물이 마늘을 연상시키는 불쾌한 냄새를 내뿜는다.[4]

카바이드 칼슘의 적용은 아세틸렌 가스의 제조, 카바이드 램프에서의 아세틸렌 생성, 비료용 화학물질의 제조, 그리고 제강 등을 포함한다.

생산

카바이드 칼슘은 약 2,200 °C(3,990 °F)에서 라임과 콜라를 혼합한 전기 아크로에서 산업적으로 생산된다.[5] 이는 일산화탄소를 배출하기 위해 몰당[6] 110kcal(460kJ)과 고온이 필요한 내열반응이다. 이 방법은 1892년 발명된 이후 변하지 않았다.

CaO + 3 C → CaC2 + CO

이 반응에 필요한 고온은 전통적인 연소에 의해 실질적으로 달성할 수 없기 때문에 흑연 전극이 있는 전기 아크로에서 반응이 이루어진다. 생산되는 카바이드 제품은 일반적으로 중량에 따라 약 80%의 칼슘을 함유하고 있다. 탄화물은 으깨어 몇 mm에서 50 mm까지 범위가 될 수 있는 작은 덩어리를 만들어 낸다. 불순물이 미세 분수에 농축되어 있다. 제품의 CaC2 함량은 가수 분해에서 생성되는 아세틸렌의 양을 측정하여 측정한다. 예를 들어, 영국 표준과 독일 표준의 분율 함량은 각각 295 L/kg, 300 L/kg이다. (101 kPa 압력과 20 °C(68 °F) 온도). 카바이드에 존재하는 불순물에는 가수 분해 시 인산염이 생성된다.[7]

이러한 반응은 화학에서 산업혁명의 중요한 부분이었고, 20세기 전환 전에 나이아가라 폭포에서 생산된 값싼 대량의 수력 발전이 미국에서 가능했다.[8]

전기로에서 생산되는 방법은 1892년 T. L. 윌슨에 의해 발견되었고 같은 해에 H. 모이산이 독자적으로 발견했다.[9][10][11] 보스니아 헤르체고비나 마을인 오스트리아의 산업가, Josef Kranz 박사와 그의 "Bosnische-Elektrizitetts AG" 회사는 후에 "Elektro-Bosna"가 된, 1899년 유럽에서 당시 가장 큰 칼슘 카바이드 생산을 위한 화학 공장을 열었다. 공장용 전기를 공급하기 위해 설치된 8MW 규모의 플리바 강 수력발전소가 건설되었다. 24일 가동된 동유럽 최초의 발전소였다. 1899년 3월.[12]

결정구조

순수한 칼슘 탄화물은 무색 고체다. 상온에서 흔히 볼 수 있는 결정체 형태는22− C단위가 평행하게 놓여 있는 왜곡된 암석염 구조물이다.[13] 상온에서 나타나는 3가지 다형체, 4각형 1개, 그리고 2개의 서로 다른 단핵 구조가 있다.[1]

적용들

아세틸렌 생산

물과 함께 카바이드 칼슘의 반응으로 아세틸렌과 수산화칼슘이 생성되어 1862년 프리드리히 뵐러에 의해 발견되었다.[5]

CaC2(s) + 2H2O(aq) → C2H2(g) + Ca(OH)2(aq)

이러한 반응은 아세틸렌의 산업 제조의 기초였고, 카바이드 칼슘의 주요 산업용이다.

오늘날 아세틸렌은 주로 메탄의 부분 연소에 의해 제조되거나 에틸렌 흐름에서 탄화수소의 균열로 인한 부생물로 나타난다. 연간 약 40만 톤이 이러한 방식으로 생산된다(아세틸렌 준비 참조).

중국에서는 카바이드 칼슘에서 유래한 아세틸렌이 화학공업의 원료로 남아 있는데, 특히 폴리염화비닐 생산의 경우 더욱 그러하다. 국내에서 생산된 아세틸렌은 수입석유를 사용하는 것보다 경제적이다.[14] 중국 내 카바이드 칼슘 생산량이 증가하고 있다. 2005년 생산량은 894만t으로 1700만t을 생산할 수 있다.[15]

미국, 유럽, 일본에서는 일반적으로 카바이드 칼슘의 소비가 감소하고 있다.[16] 1990년대 미국의 생산량은 연간 23만6000t이었다.[13]

시아나미드 칼슘의 생산

카바이드 칼슘은 높은 온도에서 질소와 반응하여 시아나미드 칼슘을 형성한다.[5]

CaC22 + N → CaCn + C

일반적으로 니트로라임으로 알려진, 시아나미드 칼슘은 비료로 사용된다. 그것은 HNCN의2 사이아나미드에 가수분해된다.[5]

제강

카바이드 칼슘 사용:

  • 철(철, 주철 및 강철)[7]의 탈황 시
  • 경제성에 따라 액화 철에 대한 고철 비율을 연장하기 위한 제강 연료로서.
  • 레이들 처리 시설에서 강력한 제산화제로서.

카바이드 램프

주요기사 : 카바이드 램프
조명탄화등

카바이드 칼슘은 카바이드 램프에 사용된다. 카바이드에 물이 떨어지면 아세틸렌 가스가 생성되는데, 아세틸렌 가스가 연소해 빛을 낸다. 이 램프들은 촛불보다 더 안정적이고 밝은 빛을 주는 반면, 탄광에서는 위험했는데, 탄광에서는 가연성 메탄가스가 그들을 심각한 위험으로 만들었다. 탄광에 가연성 가스가 존재하면서 다비 램프와 같은 광부 안전등이 생겨났고, 이 램프는 와이어 거즈로 메탄 점화 위험을 줄였다. 카바이드 램프는 메탄이 심각한 위험이 없는 슬레이트, 구리, 주석 광산에서 여전히 광범위하게 사용되었다. 대부분의 광부 램프는 이제 전등으로 교체되었다.

카바이드 램프는 볼리비아 포토시 근처의 은광에서와 같이 일부 덜 부유한 국가에서는 여전히 채굴을 위해 사용된다. 카바이드 램프는 LED 조명에 의해 점점 더 교체되고 있지만 동굴과 다른 지하 지역을 탐험하는 일부 동굴 탐사선들에 의해서도 여전히 사용되고 있다.[17]

카바이드 램프는 초기 자동차, 오토바이, 자전거에서도 헤드라이트로 광범위하게 사용되었으나, 전량 전등으로 교체되었다.[18]

기타 용도

탄화칼슘은 에틸렌과 유사한 숙성제인 아세틸렌 가스의 공급원으로 쓰이기도 한다.[19] 그러나 일부 국가에서는 카바이드 칼슘으로부터 아세틸렌을 생산하는 과정에서 오염이 종종 인광과 아르신의 미량 생산으로 이어지기 때문에 이것은 불법이다.[20][21] 이러한 불순물은 산성화된 구리 황산염 용액을 통해 아세틸렌 가스를 통과시켜 제거할 수 있지만 개발도상국에서는 이런 예방조치를 소홀히 하는 경우가 많다.

카바이드 칼슘은 빅뱅 대포와 같은 장난감 대포뿐만 아니라 대나무 대포에도 사용된다. 네덜란드에서 카바이드칼슘은 새해쯤 우유로 만든 항아리로 쏘기 위해 사용된다.[22]

카바이드 칼슘은 인산칼슘과 함께 홈즈의 해양생물 보호협회에서 생산한 것과 같은 부유하고 자칭적인 해상 신호 플레어에 사용된다.

카바이드 칼슘은 토양의 수분 함량을 결정하는 데 사용된다. 밀폐된 압력 실린더에서 토양과 칼슘 탄화물이 섞이면 토양의 수분 함량은 칼슘 탄화물과 반응하여 압력을 측정할 수 있는 아세틸렌을 방출하여 수분 함량을 결정한다.[23][24]

카바이드 칼슘은 몰 제거제로 상업적으로 판매된다.[25] 그것이 물과 접촉하면, 생산된 가스가 두더지를 쫓아낸다.[26]

참조

  1. ^ a b Konar, Sumit; Nylén, Johanna; Svensson, Gunnar; Bernin, Diana; Edén, Mattias; Ruschewitz, Uwe; Häussermann, Ulrich (2016). "The many phases of CaC2". Journal of Solid State Chemistry. Elsevier BV. 239: 204–213. Bibcode:2016JSSCh.239..204K. doi:10.1016/j.jssc.2016.04.030. ISSN 0022-4596.
  2. ^ 일반 화학물질에 대한 NFPA 위험 등급 정보. 노스이스트 대학교
  3. ^ Patnaik, Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. ISBN 0-07-049439-8.
  4. ^ Vincoli, Jeffrey Wayne (25 November 1996). Risk Management for Hazardous Chemicals. CRC Press. p. 429. ISBN 978-1-56670-200-3.
  5. ^ a b c d Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. p. 298. ISBN 978-0-08-037941-8.
  6. ^ CRC 화학 및 물리학 핸드북의 데이터에서 계산한다.
  7. ^ a b Calcium Carbide, Bernhard Langhammer, Ulmann's 산업 화학 백과사전, Wiley Interscience. (가입 필요)
  8. ^ Freeman, Horace (1919). "Manufacture of Cyanamide". The Chemical News and the Journal of Physical Science. 117: 232.
  9. ^ Morehead, J. T. and de Chalmot, G. (1896). "The Manufacture of Calcium Carbide". Journal of the American Chemical Society. 18 (4): 311–331. doi:10.1021/ja02090a001.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  10. ^ Moissan, H. (1892). "Chimie Minérale – Description d'un nouveau four électrique". Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences. 115: 1031.
  11. ^ Renouf, Edward (1899). "The use of Acetylene". Popular Science Monthly: 335–347.
  12. ^ "Zgrada Prve hidrocentrale na Balkanu - Komisija za očuvanje nacionalnih spomenika". old.kons.gov.ba (in Serbo-Croatian). KONS. Retrieved 15 March 2019.
  13. ^ a b Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
  14. ^ Dun, Ya (2006-01-23). "Troubles in the PVC industry". Hong Kong Trade Development Council. Archived from the original on 2007-12-28.CS1 maint: bot: 원래 URL 상태를 알 수 없음(링크)
  15. ^ "Government takes measures to curb development of calcium carbide sector". China Daily via BusyTrade.com. 2007-05-16. Archived from the original on 2007-02-11.CS1 maint: bot: 원래 URL 상태를 알 수 없음(링크)
  16. ^ Lacson, Jamie; Schlag, Stefan; Toki, Goro (December 2004). "Calcium Carbide". SRI Consulting.
  17. ^ "Caving equipment and culture (from Te Ara Encyclopedia of New Zealand)".
  18. ^ Clemmer, Gregg (1987). American Miners' Carbide Lamps: A Collectors Guide to American Carbide Mine Lighting. Westernlore Publications.
  19. ^ Abeles, F. B. and Gahagan, H. E. III (1968). "Abscission: The Role of Ethylene, Ethylene Analogues, Carbon Dioxide, and Oxygen". Plant Physiol. 43 (8): 1255–1258. doi:10.1104/pp.43.8.1255. PMC 1087003. PMID 16656908.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  20. ^ "Bet on it. Your mango is ripened using carbide". dna. 2013-05-18. Retrieved 2018-08-25.
  21. ^ "Eating Artificially Ripened Fruits is Harmful".
  22. ^ "Carbidschieten wordt feest" (in Dutch). Algemeen Dagblad. 2016-12-24.
  23. ^ Singh, Randhir (17 December 2008). "Determining Water Content In Soil – Calcium Carbide Method". Civil Engineering Portal. Retrieved 7 September 2020.
  24. ^ ASTM International. "ASTM D4944-18, Standard Test Method for Field Determination of Water (Moisture) Content of Soil by the Calcium Carbide Gas Pressure Tester". ASTM International. Retrieved 7 September 2020.
  25. ^ du Bois, T.M.E. (20 February 2014). "Molehill Mayhem". p. 21. hdl:1874/290102.
  26. ^ "How to Get Rid of Yard Moles With Carbide". mysunnylawn.com.

외부 링크