KALCIJEV OKSID (CAO): STRUKTURA, SVOJSTVA I UPOTREBE - KEMIJA - 2026

Kalcijev oksid (CaO), anorganski spoj koji sadrži i kalcij i kisika u ionskim oblicima (ne treba pomiješati s kalcijem peroksid CaO ₂). U svijetu je poznata kao vapno, riječ koja označava bilo koji anorganski spoj koji sadrži kalcijeve karbonate, okside i hidrokside, pored ostalih metala poput silicija, aluminija i željeza.

Oksidni oksid (ili vapno) također se kolokvijalno naziva vapno ili vapneno vapno, ovisno o tome je li hidrirano ili ne. Quicklime je kalcijev oksid, a slani kreč je njegov hidroksid. Zauzvrat, vapnenac (vapnenac ili otvrdnuto vapno) zapravo je sedimentna stijena sastavljena uglavnom od kalcijevog karbonata (CaCO ₃).

Jedan je od najvećih prirodnih izvora kalcija i čini sirovinu za proizvodnju kalcijevog oksida. Kako se proizvodi ta hrđa? Karbonati su osjetljivi na termičko raspadanje; zagrijavanje kalcijevih karbonata na temperaturama višim od 825 ºC, dovodi do stvaranja vapna i ugljičnog dioksida.

Gornja izjava može se opisati ovako: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Budući da je zemaljska kora bogata vapnencem i kalcitom, a školjke (sirovine za proizvodnju kalcijevog oksida) obiluju u oceanima i plažama, kalcijev oksid je relativno jeftin reagens.

Formula

Kemijska formula kalcijevog oksida je CaO, u kojoj je kalcijev ion poput kiseline (akceptor elektrona) Ca ²⁺, a kisik kao osnovni ion (davatelj elektrona) O ^2-.

Zašto se kalcij naplaćuje +2? Budući da kalcij pripada skupini 2 periodičke tablice (g. Becambara), a ima samo dva valencijska elektrona na raspolaganju za formiranje veza, koje on predaje atomu kisika.

Struktura

Na gornjoj slici predstavljena je kristalna struktura (vrsta dragulja soli) za kalcijev oksid. Ogromne crvene sfere odgovaraju ionima Ca ^2+, a bijele sfere O ^2-.

U ovom kubnom kristalnom rasporedu svaki ion Ca ²⁺ je okružen sa šest O ^2- iona, okluziranih u oktaedarskim prazninama koje ostavljaju velike ione između njih.

Ova struktura izražava ionski karakter ovog oksida do maksimuma, premda primjetna razlika u radijusima (crvena sfera je veća od bijele) daje mu slabiju kristalnu rešetkovu energiju u usporedbi s MgO.

Svojstva

Fizički je bijela kristalna krutina bez mirisa s jakim elektrostatičkim interakcijama koja su odgovorna za njezine visoke točke taljenja (2572 ºC) i vrelišta (2850 ºC). Nadalje, ima molekulsku masu od 55.958 g / mol i zanimljivo svojstvo termoluminescentne.

To znači da komad kalcijevog oksida izložen plamenu može blistati intenzivnom bijelom svjetlošću, poznatom na engleskom jeziku kao svjetlost vatre, ili na španjolskom, kalcijevom svjetlošću. Ioni Ca ²⁺ u kontaktu s vatrom stvaraju crvenkasti plamen, kao što se može vidjeti na sljedećoj slici.

Limelight ili reflight

Topljivost

CaO je osnovni oksid koji ima jak afinitet prema vodi do te mjere da apsorbira vlagu (to je higroskopska kruta tvar), te reagira odmah da proizvede vapno ili kalcijev hidroksid:

CaO (s) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Ta je reakcija egzotermna (daje toplinu) zbog stvaranja krutine s jačim interakcijama i stabilnijom kristalnom rešetkom. Međutim, reakcija je reverzibilna ako se Ca (OH) ₂ zagrijava, dehidrira i zapaljuje zagađen vapno; tada se vapno "ponovno rodi".

Dobivena otopina je vrlo bazična, a ako je zasićena kalcijevim oksidom, ona dosegne pH od 12,8.

Isto tako, topljiv je u glicerolu i u otopinama kiseline i šećera. Kao što je osnovni oksid, prirodno je učinkovit interakcije s kiselim oksida (SiOz ₂, Al ₂ O ₃ i Fe ₂ O ₃, na primjer), da su topljivi u njihovim tekuće faze. S druge strane, netopljiv je u alkoholima i organskim otapalima.

Prijave

CaO ima ogromnu beskonačnost u industrijskoj upotrebi, kao i u sintezi acetilena (CH≡CH), u ekstrakciji fosfata iz otpadnih voda i u reakciji s sumpornim dioksidom iz plinovitih otpadaka.

Ostale uporabe kalcijevog oksida opisane su u nastavku:

Kao minobacač

Ako se kalcijev oksid pomiješa s pijeskom (SiO ₂) i vodom, on se taloži s pijeskom i polako reagira s vodom, čime se formira vapno. Zauzvrat, CO _{2 u} zraku se rastvara u vodi i reagira s otopljenom soli i stvara kalcijev karbonat:

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

CaCO ₃ je otporniji i tvrđi spoj od CaO, koji uzrokuje da se malter (prethodna smjesa) očvrsne i pričvrsti cigle, blokove ili keramiku između njih ili na željenu površinu.

U proizvodnji stakla

Bitan sirovina za proizvodnju stakla su silicijevi oksidi, koji su pomiješani s vapnom, natrijevog karbonata (Na ₂ CO ₃) i druge aditive, da se zatim podvrgnuti grijanje, čime se staklasta krutina. Ta se kruta tvar potom zagrijava i raspršuje u bilo koje figure.

U rudarstvu

Gašen vapno zauzima veći volumen od brzog vapna zahvaljujući interakcijama vezanja vodika (OHO). Ovo svojstvo koristi se za razbijanje stijena iznutra.

To se postiže punjenjem kompaktnom smjesom vapna i vode, koja je zabrtvljena da fokusira svoju toplinsku i ekspanzivnu snagu unutar stijene.

Kao sredstvo za uklanjanje silikata

CaO se stapa sa silikatima da bi tvorio koalescentnu tekućinu, koja se zatim ekstrahira iz sirovina određenog proizvoda.

Na primjer, željezne rude su sirovina za proizvodnju metalnog željeza i čelika. Ti minerali sadrže silikate koji su nepoželjni nečistoće za postupak i uklanjaju se upravo opisanom metodom.

Nanočestice kalcijevog oksida

Kalcijev oksid može se sintetizirati u obliku nanočestica, mijenjajući koncentracije kalcijevog nitrata (Ca (NO ₃) ₂) i natrijevog hidroksida (NaOH) u otopini.

Te su čestice sferične, bazične (kao što je i čvrsto makro-mjerilo) i imaju veliku površinu. Slijedom toga, ta svojstva pogoduju katalitičkim procesima. Koji? Istraživanje trenutno odgovara na to pitanje.

Te nanočestice korištene su za sintezu supstituiranih organskih spojeva - poput derivata piridina - u formulaciji novih lijekova za provođenje kemijskih transformacija poput umjetne fotosinteze, za pročišćavanje vode od teških i štetnih metala, i kao fotokatalitička sredstva.

Nanočestice se mogu sintetizirati na biološkom nosaču, poput papaje i lišća zelenog čaja, kako bi se koristile kao antibakterijsko sredstvo.

Reference

1. scifun.org. (2018.). Vapno: kalcijev oksid. Preuzeto 30. ožujka 2018. s: scifun.org.
2. Wikipedia. (2018.). Kalcijev oksid. Preuzeto 30. ožujka 2018. s: en.wikipedia.org
3. Ashwini Anantharaman i sur. (2016). Zelena sinteza nanočestica kalcijevog oksida i njegove primjene. Int. Časopis za inženjerska istraživanja i primjenu. ISSN: 2248-9622, svezak 6, izdanje 10, (dio -1), str. 27-31.
4. J. Safaei-Ghomi i sur. (2013). Nanočestice kalcijevog oksida katalizirale su jednofaznu višekomponentnu sintezu visoko supstituiranih piridina u vodenom etanolnom mediju Scientia Iranica, Transakcije C: Kemija i kemijsko inženjerstvo 20 549–554.
5. Pubchem. (2018.). Kalcijev oksid. Preuzeto 30. ožujka 2018. s: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. U Elementi grupe 2. (četvrto izdanje, str. 280). Mc Graw Hill.