Оксид кальцію

Окси́д ка́льцію, негашене вапно — неорганічна бінарна сполука кальцію та кисню складу CaO. В'язка мінеральна кристалічна тугоплавка речовина білого кольору. Температура плавлення 2585 °С. Проявляє сильні осно́вні властивості.

Оксид кальцію
Кристалічна структура CaO
Назва за IUPAC	Кальцій оксид
Інші назви	негашене вапно
Ідентифікатори
Номер CAS	1305-78-8
Номер EINECS	215-138-9
DrugBank	DB15648
KEGG	C13140 і D01679
ChEBI	31344
RTECS	EW3100000
SMILES	O=[Ca]^[1]
InChI	InChI=1S/Ca.O
Номер Бельштейна	8129996
Номер Гмеліна	485425
Властивості
Молекулярна формула	CaO
Молярна маса	56,077 г/моль
Зовнішній вигляд	біло-сірі кристали
Густина	3,34 г/см^3
Тпл	2898 °C
Розчинність (вода)	реагує
Розчинність (кислоти)	розчинний
Показник заломлення (nD)	1,8396
Структура
Кристалічна структура	кубічна
Термохімія
Ст. ентальпія утворення ΔfH^o 298	-634,9 кДж/моль
Ст. ентропія S^o 298	38,1 Дж/моль·К
Теплоємність, c^o p	42,0 Дж/моль·К
Пов'язані речовини
Інші катіони	оксид магнію
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Примітки картки

У техніці оксид кальцію називають зазвичай негашеним, або паленим вапном. Остання назва походить від способу його одержання: прожарювання, або «випалювання» вапняку. Одержують шляхом випалювання вапняку, крейди та інших карбонатних порід. Процес ведуть при низьких температурах розкладання карбонату кальцію.

Поширення у природі

Арагоніт

Оксид кальцію є однією з найпоширеніших сполук у природі. Він часто трапляється у складі природних карбонатів, паралельно із оксидом магнію. Основними сполуками, з яких добувають CaO є кальцит, мармур, вапняк, арагоніт, доломіт та багато інших.

Хімічні властивості

З водою оксид кальцію реагує дуже енергійно, з виділенням значної кількості тепла і утворенням гідроксиду кальцію:

${\displaystyle \mathrm {CaO+H_{2}O\rightarrow Ca(OH)_{2}} }$

Реакцію взаємодії оксиду кальцію з водою в техніці називають «гашенням» вапна, а продукт реакції — гідроксид кальцію — гашеним вапном.

Гашення вапна як екзотермічний процес

CaO проявляє сильні осно́вні властивості: взаємодіє з кислотами та кислотними оксидами (зокрема, активно поглинає вуглекислий газ із повітря), з амфотерними оксидами:

${\displaystyle \mathrm {CaO+2HCl\longrightarrow CaCl_{2}+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {3CaO+2H_{3}PO_{4}\longrightarrow Ca_{3}(PO_{4})_{2}\downarrow +3H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {CaO+CO_{2}\longrightarrow CaCO_{3}} }$

${\displaystyle \mathrm {CaO+SiO_{2}{\xrightarrow {1100-1200^{o}C}}\ CaSiO_{3}} }$

Кальцій піддається відновленню з оксиду алюмінієм та коксом:

${\displaystyle \mathrm {3CaO+2Al\ {\xrightarrow {1200^{o}C}}\ Ca+Al_{2}O_{3}} }$

${\displaystyle \mathrm {CaO+3C\ {\xrightarrow {1900-1950^{o}C}}\ CaC_{2}+CO} }$

Отримання

Виробництво у промисловості

Негашене вапно (оксид кальцію) одержують прожарюванням (випалюванням) вапняку або крейди. Карбонат кальцію починає розкладатися при 850 °С. Чим вища температура, тим швидше йде розклад. Але вище 1200 °С домішки, що є у вапняку, починають обплавлятися, і це ускладнює процес розкладу. Тому «випалювання» вапняку проводять при 1000–1200 °С.

Піч для випалювання вапняку

Процес «випалювання» здійснюють у вертикальних шахтних печах, облицьованих зсередини вогнетривкою цеглою. Шихту, тобто суміш вапняку і коксу, завантажують у піч через верхній отвір. Шматки вапняку і коксу роблять такими, щоб їх діаметр був приблизно 10 см. Тоді повітря і топочні гази легко проходять крізь шихту, і вапняк розкладається рівномірно по всій масі.

Гарячі гази, що виникають при горінні палива і розкладі вапняку, піднімаючись вгору, поступово охолоджуються, нагріваючи шихту. Палене вапно опускається в нижню частину печі, де охолоджується повітрям, що подається знизу.

Отримання в лабораторії

Синтез оксиду кальцію можна провести спаленням металевого кальцію або його гідриду:

${\displaystyle \mathrm {2Ca+O_{2}{\xrightarrow {200-300^{o}C}}\ 2CaO} }$

${\displaystyle \mathrm {CaH_{2}+O_{2}{\xrightarrow {300-400^{o}C}}\ CaO+H_{2}O} }$

Іншим варіантом є термічне розкладання оксигенвмісних сполук кальцію:

${\displaystyle \mathrm {Ca(OH)_{2}{\xrightarrow {520-580^{o}C}}\ CaO+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}{\xrightarrow {900-1200^{o}C}}\ CaO+CO_{2}\uparrow } }$

${\displaystyle \mathrm {2Ca(NO_{3})_{2}{\xrightarrow {>561^{o}C}}\ 2CaO+4NO_{2}+O_{2}} }$

Застосування

Будівництво

Вапно дуже широко застосовується у будівельній справі, а також у хімічній промисловості для одержання хлорного вапна. Щорічний світовий видобуток вапна становить сотні мільйонів тонн.

У будівництві використовують гашене вапно, тобто гідроксид кальцію. З цією метою негашене вапно обробляють водою. При цьому пористі шматки оксиду кальцію (негашеного вапна) жадібно поглинають воду і реагують з нею з виділенням значної кількості тепла. Внаслідок цього частина води випаровує, а оксид кальцію перетворюється у пухку масу гідроксиду кальцію (гашеного вапна), яку називають пушонкою^[]. При надлишку води гашене вапно утворюється у вигляді тістоподібної маси.

Зброя

У 80 році до нашої ери римський воєначальник Серторій у боротьбі з харацитанами в Іспанії, які сховалися в недоступних печерах, використав задушливі хмари їдкого вапна. Подібна хімічна зброя застосовувалася в Китаї під час придушення збройного повстання селян 178 року н. е.: «вапняні колісниці», обладнані міхами, вдували порох вапняку в натовп.

Вважається, що негашене вапно також було складником грецького вогню. У разі контакту з водою негашене вапно може підвищити температуру понад 150 °C та запалити паливо.

Девід Юм, у власній історії Англії, розповідає, що на початку правління Генріха III англійський флот знищив вторгнення французького флоту, засліпивши флот противника негашеним вапном. Негашене вапно, можливо, було використано в середньовічній військово-морській війні — аж до використання «вапняних мінометів», для кидання його на ворожі кораблі.

Безпека

Внаслідок бурхливої реакції негашеного вапна з водою, негашене вапно викликає сильне подразнення під час вдихання або у разі доторку з вологою шкірою чи очима. Вдихання може викликати кашель, чхання, посилене дихання. Потім це може розвинутися в опіки з перфорацією носової перегородки, болем у животі, нудотою та блювотою. Хоча негашене вапно не вважається пожежонебезпечним, його взаємодія з водою, може вивільнити достатню кількість тепла, щоби запалити горючі матеріали.

Див. також

• Гідроксид кальцію
• Кальцій
• Вапно

Примітки

1. CALCIUM OXIDE
   d:Track:Q278487
2. За тиску 101,3 кПа

Джерела

• CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide. — 86th. — Boca Raton (FL) : CRC Press, 2005. — 2656 p. — . (англ.)
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — .
• Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия: Химия металлов / В. И. Спицын. — М. : "Мир", 1971. — Т. 1. — 561 с. (рос.)
• Деркач Ф. А. Хімія. — Львів : Львівський університет, 1968. — 312 с.