Карбид и вода реакция: Реакция карбида кальция и воды. Химические уравнения онлайн. CaC2 + 2H2O

alexxlab | 18.04.2023 | 0 | Разное

Химическая грелка – Наука – Коммерсантъ

Химические реакции могут протекать с выделением или поглощением тепла, это все хорошо знают еще со школьного курса. Тепло химических реакций, например реакции горения, мы активно используем, в том числе для запуска тех процессов, которые без внешнего подогрева никак не идут. Казалось бы, здесь все логично, и нет никаких противоречий: здесь тепло выделяется, и его нужно отводить, а здесь слишком холодно, и тепло, наоборот, нужно подводить извне.

Фото: Анатолий Жданов, Коммерсантъ

Фото: Анатолий Жданов, Коммерсантъ

Но вот проблема: при «перевозке» тепла это самое тепло теряется, рассеивается в окружающую среду, даже термосы в холодную погоду сохраняют чай горячим часов пять-шесть, не больше. Получается, надо бы это тепло как можно быстрее использовать, иначе оно «испортится», а это энергия и в производственном процессе это огромные потери.

А вообще было бы здорово, если бы тепло от одного процесса сразу расходовалось на другой, а то пока хранишь тепло — половину потеряешь.

Такую химическую грелку придумали ученые из Санкт-Петербургского университета и Института органической химии им. Н. Д. Зелинского. Сам реактор состоял из двух ампул: та, что поменьше, находилась внутри ампулы большего размера и удерживалась там внутри с помощью 3D-напечатанного держателя.

Реактор «пробирка-в-пробирке» в сборе

Реактор «пробирка-в-пробирке» в сборе

Во внутреннюю маленькую ампулу помещали реагенты для реакции, которая идет только при нагревании, а во внешнюю насыпали карбид кальция, заливали смесь растворителей и добавляли воду. Пробирку закручивали крышкой и включали перемешивание.

Карбид кальция реагировал с водой и образовывался газ ацетилен. Одновременно с этим смесь разогревалась до 90 °С, передавая тепло внутренней пробирке. Этот нагрев был необходим для реакции ацетилена с реагентами внутренней пробирки. Ацетилен расходовался в процессе, давление было чуть больше атмосферного, поэтому после завершения реакции пробирку можно было спокойно открывать.

Получалось, что карбид кальция давал ацетилен — необходимый реагент, а также тепло, без которого процесс бы не запустился.

Изобретенный реактор можно собирать-разбирать много раз, на выходе получаются ценные мономеры из ацетилена, а сама реакция не требует внешних источников тепла. Сам нагрев и его характер ученые регистрировали с помощью тепловизора.

Реакционная пробирка с карбидом кальция во время реакции глазами тепловизора

Реакционная пробирка с карбидом кальция во время реакции глазами тепловизора

Сам реактор, конечно, интересный и, безусловно, найдет свое применение в науке, так как позволяет легко работать с газами (а с ними, как известно, работать всех сложнее). Но вот где и как это можно было бы применить, желательно в больших масштабах… Конечно, ученые разрабатывали это все не ради праздного интереса. Дело в том, что, меняя соотношение воды и другого растворителя, можно контролировать высвобождение тепла во времени.

Можно сделать так, чтобы тепло выделялось равными порциями и долго, а можно сделать так, чтобы все тепло выделилось сразу за короткий промежуток времени. Иными словами, речь идет не об очередном химическом реакторе, а об инструменте контроля над протеканием химического процесса. Где бы это могло быть нужным?

На самом деле, карбид кальция — это крупнотоннажный продукт химической индустрии. Весь газообразный ацетилен в Азии получают карбидным методом (нефти и газа у них нет, поэтому только так). А как получить ацетилен из карбида? Легко! Надо просто залить карбид водой, ну, или бросить карбид в воду. Все верно. Но это работает только с небольшими количествами, а если у нас несколько тонн карбида? И мы начнем поливать его водой? Тепла будет так много, что последует взрыв. Если поливать не особо сильно, то тепла будет все равно много, и выделяющийся ацетилен начнет полимеризоваться, то есть фактически портиться, но хотя бы не взрываться. Казалось бы, такая простая реакция, но на деле получается, что процесс идет локально, в месте соприкосновения твердого карбида и воды, и именно в этом месте наблюдается скачок температуры.

Так вот, если смешать воду с каким-то другим растворителем, например, диметилсульфоксидом, то процесс можно контролировать во времени: реакция протекает спокойно, полно, без взрывов и перегрева. Более того, можно регулировать сам температурный профиль процесса, то есть когда и сколько тепла будет выделяться. Для этого надо изменить соотношение вода / растворитель / карбид. После реакции ацетилен собирают, а диметилсульфоксид не расходуется в процессе и пригоден для следующего раза, поэтому нужно просто добавить свежую порцию воды. «Мы очень рассчитываем, что наши научные подходы будут востребованы на производстве»,— говорит научный сотрудник СПбГУ Константин Родыгин.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект 21-73-20003). Использованы материалы статьи.

Константин Родыгин, руководитель проекта, научный сотрудник лаборатории кластерного катализа СПбГУ

Вещества и материалы, при тушении которых опасно применять воду и другие огнетушащие вещества на основе воды

     Основным огнетушащим веществом в пожаротушении является вода. Она почти повсеместно доступна, дёшева и при этом весьма эффективна. При ее подаче в зону горения вода охлаждает наиболее нагретый слой вещества. При этом она частично испаряется и превращается в пар, благодаря чему происходит разбавление реагирующих веществ, что само по себе способствует прекращению горения, а также вытеснению воздуха из зоны очага пожара.

     Вода в виде распыленных и тонкораспыленных (мелкодисперсных) струй обладает повышенной эффективностью при тушении пожара. Попадая в зону горения, она интенсивно испаряется, снижая концентрацию кислорода и разбавляя горючие пары и газы, участвующие в горении. Кроме того, мельчайшие капли воды, движущиеся с большой скоростью, хорошо проникают вглубь пористых матералов.

     Наряду с этим у воды имеются и отрицательные свойства. Основной недостаток у воды как огнетушащего вещества заключается в том, что из-за высокого поверхностного натяжения она плохо смачивает твердые материалы и особенно волокнистые вещества. Для устранения этого недостатка к воде добавляют поверхностно-активные вещества (смачиватели, пенообразователь) для получения растворов, поверхностное натяжение которых меньше, чем у воды.

     С некоторыми веществами и материалами (см. табл.) вода вступает в реакцию с выделением водорода, горючих газов, большого количества теплоты и др. Такие вещества водой тушить нельзя.

     Таблица. Вещества и материалы, при тушении которых опасно применять воду и другие огнетушащие вещества на основе воды

Вещество или материал Результат воздействия воды
Азид свинца Нестоек, взрывается при увеличении влажности до 30%
Алюминий металлический При горении разлагает воду на водород и кислород
Битум Подача компактных струй воды ведет к выбросу и усилению горения
Гидраты щелочных и щелочноземельных металлов Реагируют с водой с выделением водорода
Железо кремнистое (ферросилиций) Выделяется фтористый водород, самовоспламеняющийся на воздухе
Кальций фосфористый Реагируют с водой с выделением самовоспламеняющегося на воздухе фосфористого водорода
Кальция перекись Разлагается в воде с выделением кислорода
Карбид алюминия
Карбид бария
Карбид кальция
Карбиды щелочных металлов 		Разлагаются с водой с выделением горючих газов, при контакте с водой взрываются
Кислота азотная Экзотермическая реакция
Кислота серная Экзотермическая реакция
Кислота соляная Экзотермическая реакция
Магний и его сплавы При горении разлагают воду на водород и кислород
Натрий водородистый
Натрий металлический 		Реагируют с водой с выделением водорода
Натрий гидросернокислый Сильно разогревается, может вызвать возгорание горючих материалов
Натрий перекись
Калий перекись 		При попадании воды возможен взрывообразный выброс и усиление горения
Натрий сернистый Сильно разогревается (свыше 400 град.
С), может вызвать возгорание горючих веществ, при попадании на кожу вызывает ожог, сопровождающийся трудно заживающими язвами
Негашеная известь Реагирует с водой, выделяя большое количество тепла
Нитроглицерин Взрывается от удара струи воды
Петролатум Подача компактных струй может привести к выбросу и усилению горения
Рубидий металлический Реагирует с водой с выделением водорода
Селитра л Подача струй воды в расплав селитры ведет к сильному взрывообразному выбросу и усилению горения
Серный ангидрид 		При попадании воды возможен взрывообразный выброс
Сесквилхлорид Взаимодействие с водой происходит со взрывом
Силаны Реагируют с водой с выделением самовоспламеняющегося на воздухе водородистого кремния
Термит
Титан и его сплавы
Титан четыреххлористый 		Реагируют с водой с выделением большого количества тепла
Триэтилалюминий
Хлорсульфиновая кислота 		Реагируют с водой со взрывом
Цинковая пыль Разлагает воду на водород и кислород
Щелочные металлы (натрий, калий, кальций, цезий и др. ) Выделяют водород, который воспламеняется от тепла реакций

 

 

 

Видео Карбид кальция реагирует с водой

{{ Элемент.Сообщение об ошибке }} Этот предмет сейчас недоступен. Товар не найден.

ВЫБЕРИТЕ ВИДЕОЛИЦЕНЗИЮ

{{ item.PlusItemLicenseSmall }}

TIMESLICES

Создать квант времени

Просмотр временных интервалов (поставляется с 1-секундными дескрипторами)

Просмотр интервалов времени

БИРКИ

{{Ключевое слово}} {{Ключевое слово}}

ПОДЕЛИТЬСЯ ЭТОЙ СТРАНИЦЕЙ

Описание:

Описание:

Узнать больше

Кредит:

{{ item.ImgCredit }} Нет в наличии

Уникальный идентификатор:

{{ item.ItemID }}

Устаревший идентификатор:

{{ item. ItemDisplaySource }}

Тип:

{{item.MediaType}}

Лицензия:

{{item.LicenseModel}}

ЦЕНЫ РФ

{{item.aText[i]}}

{{ item.aPrice[i] }}


Скопировать URL


Скачать Комп


Добавить на доску


Удалить с доски


Добавить на доску


Заказать печать


Заказать печать


Скачать в высоком разрешении


Скачать в высоком разрешении

Загрузка этого изображения в настоящее время недоступна. Пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу [email protected], и мы доставим его вам как можно скорее. Загрузка этого изображения в настоящее время недоступна. Пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу [email protected], и мы доставим его вам как можно скорее.


Скачать в высоком разрешении


Скачать в высоком разрешении

Это видео в высоком разрешении недоступно для мгновенной загрузки, так как размер файла превышает 2 ГБ. Пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу [email protected], и мы доставим его как можно скорее. Это видео в высоком разрешении сейчас недоступно. Пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу [email protected], и мы доставим его вам как можно скорее.

Размер без сжатия:

ЛИЦЕНЗИЯ ТОВАР НЕ ДОСТУПЕН

Назначение: {{item.ImgPurpose}}

{{ item.PlusItemLicenseSmall }}

Запрос товара

ПРОСТАЯ ЦЕНА RM

ПРОСТАЯ ЦЕНА RM

ТОВАР НЕ ДОСТУПЕН Запрос элемента

Назначение: {{ item. ImgPurpose }}

{{Имя}}

{{ FormatCurrency(item.aStandardPricingPrice[i]) }}

Узнать больше

Узнать больше


Скопировать URL


Скачать Комп


Скачать Комп


Добавить на доску


Удалить с доски


Добавить на доску


Добавить в корзину


Заказать печать


Заказать печать


Скачать в высоком разрешении

ТОВАР В КОРЗИНЕ

{{ item. PlusItemLicenseSmall + ‘ – $’ + item.PlusCodeAmount }} {{ item.PlusItemLicenseSmall }}

Перейти к оформлению заказа


Скопировать URL


Скачать Комп


Добавить на доску


Удалить с доски


Добавить на доску


Добавить в корзину


Скачать в высоком разрешении


Скачать в высоком разрешении

Это видео в высоком разрешении невозможно для мгновенной загрузки, так как размер файла превышает 2 ГБ. Пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу [email protected], и мы доставим его как можно скорее.

Это видео в высоком разрешении сейчас недоступно. Пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу [email protected], и мы доставим его вам как можно скорее.

ТОВАР В КОРЗИНЕ

{{ item.PlusItemLicenseSmall + ‘ – $’ + item.PlusCodeAmount }}

Перейти к оформлению заказа

Размер без сжатия:

ТОВАР НЕ ДОСТУПЕН

Запрос товара

Назначение: {{item.ImgPurpose}}

Узнать больше

Узнать больше


Скопировать URL


Скачать Комп


Скачать Комп


Добавить на доску

toLowerCase()” :alt=”‘Remove from ‘ + site.LabelPB.toLowerCase()” aria-label=”‘Remove from ‘ + site.LabelPB.toLowerCase()”/>
Удалить с доски


Добавить на доску


Добавить в корзину


Заказать печать


Скачать в высоком разрешении

ТОВАР НЕ ДОСТУПЕН Запрос товара

Назначение: {{item.ImgPurpose}}


Скопировать URL


Скачать Комп


Добавить на доску

LabelPB.toLowerCase()”/>
Удалить с доски


Добавить на доску


Скачать в высоком разрешении


Скачать в высоком разрешении

Это видео в высоком разрешении невозможно для мгновенной загрузки, так как размер файла превышает 2 ГБ. Пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу [email protected], и мы доставим его как можно скорее.

Это видео в высоком разрешении сейчас недоступно. Пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу [email protected], и мы доставим его вам, как только возможный.

Время начала:

{{ SecondsToTime(StartTime) }} Установить

Время окончания:

{{ SecondsToTime(EndTime) }} Установить

Продолжительность: {{ Продолжительность}}

Текущий: {{ Текущий }}

Продолжительность: {{DurationTime}}

Текущее: {{ ТекущееВремя}}

{{ SecondsToTime(Value. StartTime) }} to {{ SecondsToTime(Value.EndTime) }}

Посмотреть

Удалить

Для этого элемента не заданы временные интервалы, поэтому по умолчанию это весь клип.

{{ SecondsToTime(0) }} до {{ SecondsToTime(videocontrols.Duration) }}

Общее время: {{ Math.round(TotalTime * 100) / 100 }}

Цена/сек: {{ FormatCurrency(item.PricePerSec) }}

Цена: {{ ItemPrice }}

{{ сайт.LabelPB }}

{{ сайт.LabelCT }}

{{ сайт.LabelPB }}

{{ сайт.LabelCT }}

{{ Lightbox.Name }} ({{ Lightbox.NumPix }})

Вид Управлять Новый

{{ site.LabelCT }}: {{ user.nCartItems }} {{ user.nCartItems == 1 ? “предмет” : “элемент” }}

{{ XXText }}

{{ XXSText }}

{{ XSText }}

{{ SMText }}

{{ MDText }}

{{ LGText }}

XLText 90 002} {{ LGText }}

90 002} { {{ XXLText }}

{{ HDText }}

{{ QHDText }}

{{ K4Text }}

{{ K8Text }}

Мы используем файлы cookie, чтобы улучшить ваш опыт на нашем веб-сайте.
Прочтите нашу политику в отношении файлов cookie, чтобы узнать больше.

Мы используем файлы cookie, чтобы улучшить ваш опыт на нашем веб-сайте. Прочтите нашу политику в отношении файлов cookie, чтобы узнать больше.

Закрыть файлы cookie EULA

Тепловое картирование саморазвивающихся реакций карбида кальция для осуществления энергоэкономических процессов

. 2022 2 марта; 23 (5): 2763.

дои: 10.3390/ijms23052763.

Константин С Родыгин 1 , Кристина А Лоцман 1 , Кирилл С Ерохин 2 , Корабельникова Виктория А 2 , Валентина П Ананикова 1 2

Принадлежности

  • 1 Институт химии СПбГУ, Университетский просп. 26, 198504 Санкт-Петербург, Россия.
  • 2 Институт органической химии имени Зелинского Российской академии наук, Ленинский пр., д. 2, тел. 47, 119991 Москва, Россия.
  • PMID: 35269903
  • PMCID: PMC8911359
  • DOI: 10.3390/ijms23052763

Бесплатная статья ЧВК

Константин С Родыгин и др. Int J Mol Sci. .

Бесплатная статья ЧВК

. 2022 2 марта; 23 (5): 2763.

дои: 10.3390/ijms23052763.

Авторы

Родыгин Константин С 1 , Кристина А Лоцман 1 , Кирилл С Ерохин 2 , Корабельникова Виктория А 2 , Валентина П Ананикова 1 2

Принадлежности

  • 1 Институт химии СПбГУ, Университетский просп. 26, 198504 Санкт-Петербург, Россия.
  • 2 Институт органической химии имени Зелинского Российской академии наук, Ленинский пр. 47, 119991 Москва, Россия.
  • PMID: 35269903
  • PMCID: PMC8911359
  • DOI: 10. 3390/ijms23052763

Абстрактный

Синтез различных химических соединений требует нагревания. Собственное выделение тепла в экзотермических процессах является ценным источником тепла, который не используется эффективно во многих реакциях. В данной работе мы оценили выделяющееся тепло при гидролизе энергоемкого соединения карбида кальция и исследовали возможность его использования. Зарегистрированы температурные профили гидролиза карбидов и установлено, что тепловыделение зависит от сорастворителя и соотношения вода/растворитель. Таким образом, выделение тепла можно контролировать и регулировать. Для контроля выделяемого тепла был собран специальный реактор «труба в трубе» с использованием соединительной детали, напечатанной на 3D-принтере из нейлона. Тепловой эффект реакции оценивали с помощью тепловизионного ИК-монитора. Установлено, что кинетика тепловыделения различна при использовании смесей воды с разными растворителями, а максимально достижимая температура зависит от типа растворителя и количества воды и карбида. Возможность использования выделяющегося при гидролизе карбидов тепла для инициирования химической реакции была проверена на примере реакции гидротиолирования — нуклеофильного присоединения тиолов к ацетилену. В модельном эксперименте выход целевого продукта с использованием теплоты гидролиза карбида составил 89% по сравнению с 30% в этом собственном нагреве, которым пренебрегли.

Ключевые слова: 3D-печать; ацетилен; карбид кальция; экономия энергии; сохранение энергии; молекулярные реакции; термокартирование.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Цифры

Схема 1

Теплопередача и потребление тепла…

Схема 1

Стратегия теплопереноса и теплопотребления при проектировании реакции: ( A ) — теплоснабжение…

Схема 1

Стратегия теплопередачи и теплопотребления при проектировании реакции: ( A ) – теплоснабжение и теплопотребление не объединяются; ( B ) – совмещены теплоснабжение и теплопотребление на примере карбида кальция; ( C ) — понятие теплового хозяйства.

Рисунок 1

Установка реакции с использованием…

Рисунок 1

Реакционная установка с использованием разработанного реактора типа «труба в трубе»: ( A ) — реактор готов…

Рисунок 1

Реакционная установка с использованием разработанного реактора типа «труба в трубе»: ( A ) – готовый к использованию реактор; ( B ) — реактор в разобранном виде; ( C ) – нейлоновый вкладыш; ( D ) – тепловизионная камера и схема реактора «труба в трубе» и две ступенчатые химические реакции.

Рисунок 2

( a ) Тепловое картирование…

Рисунок 2

( a ) Термическое картирование реакции карбида с водой по…

фигура 2

( a ) Тепловое картирование реакции карбида с водой по данным тепловизора. I: добавление воды к ДМСО; II: гидролиз карбида кальция и образование ацетилена; III: охлаждение после гидролиза карбида; ( b ) гидролиз одной гранулы карбида кальция под увеличением.

Рисунок 3

Тепловидение гидролиза…

Рисунок 3

Тепловидение гидролиза карбида: (I) эффект добавления воды…

Рисунок 3

Тепловидение гидролиза карбида: (I) эффект добавления воды к ДМСО; (II) максимальная температура реакции; (III) стадия охлаждения. Условия реакции: ДМСО (4 мл), H 2 O (2 мл) и CaC 2 (1,76 г).

Рисунок 4

Наблюдаемый температурный профиль для различных…

Рисунок 4

Наблюдаемый температурный профиль для различных растворителей, используемых в реакции; условия: 4 мл…

Рисунок 4

Наблюдаемый температурный профиль для различных растворителей, используемых в реакции; условия: 4 мл растворителя, 2 мл воды и 0,56 г CaC 2 .

Рисунок 5

Температурный профиль в зависимости от ДМСО–вода…

Рисунок 5

Температурный профиль в зависимости от соотношения ДМСО–вода (общий объем во всех случаях…

Рисунок 5

Температурный профиль в зависимости от соотношения ДМСО–вода (общий объем во всех случаях 6 мл).

Рисунок 6

Влияние содержания карбида кальция…

Рисунок 6

Влияние загрузки карбида кальция на тепловыделение в исследуемой смеси (4…

Рисунок 6

Влияние загрузки карбида кальция на тепловыделение в исследуемой смеси (4 мл ДМСО + 2 мл воды). A — загрузка карбида 0,56 г, B — загрузка карбида 0,87 г, C — загрузка карбида 1,28 г, D — загрузка карбида 1,76 г.

Схема 2

Использование карбида кальция в качестве…

Схема 2

Использование карбида кальция в качестве источника тепла и ацетилена при получении…

Схема 2

Использование карбида кальция в качестве источника тепла и ацетилена при получении винилсульфида.

См. это изображение и информацию об авторских правах в PMC

.

Похожие статьи

  • [Карбид кальция различной формы кристаллов, синтезированный остатком карбида кальция].

    Лу З. И., Кан М., Цзян Ч.Р., Ту М.Дж. Лу Зи и др. Хуан Цзин Кэ Сюэ. 2006 апр; 27 (4): 775-8. Хуан Цзин Кэ Сюэ. 2006. PMID: 16768005 Китайский язык.

  • [Оптимизация ингибирования медленного высвобождения биометана и кинетическая модель диффузии].

    Чжан Л.Дж., Чжао Т.Т., Чжао Ю.С., Дэн Ю.П. Чжан Л.Дж. и соавт. Хуан Цзин Кэ Сюэ. 2010 июль; 31 (7): 1689-94. Хуан Цзин Кэ Сюэ. 2010. PMID: 20825047 Китайский язык.

  • К вопросу о взаимодействии карбида кальция с водой при газохроматографическом определении следовых количеств влаги в аммиаке сверхвысокой чистоты.

    Трубянов М.М., Мочалов Г.М., Суворов С.С., Пузанов Е.С., Петухов А.Н., Воротынцев И.В., Воротынцев В.М. Трубянов М.М. и соавт. J Chromatogr A. 27 июля 2018 г .; 1560: 71-77. doi: 10.1016/j.chroma.2018.05.028. Эпаб 2018 16 мая. Ж Хроматогр А. 2018. PMID: 29778446

  • Параллельная микроволновая химия в платформах реакторов из карбида кремния: углубленное исследование характеристик нагрева.

    Damm M, Kappe CO. Дамм М. и др. Мол Дайверс. 2009 ноябрь; 13 (4): 529-43. doi: 10.1007/s11030-009-9167-3. Epub 2009 23 июня. Мол Дайверс. 2009. PMID: 19548098

  • Карбид кальция: уникальный реагент для органического синтеза и нанотехнологий.

    Родыгин К.С., Вернер Г., Кучеров Ф.А., Анаников В.П. Родыгин К.С. и соавт. Chem Asian J. 5 апреля 2016 г .; 11 (7): 965–76. doi: 10.1002/asia.201501323. Epub 2016 22 февраля. Химик Азиат Дж. 2016. PMID: 26898248 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Рекомендации

    1. Окстоби Д.В., Гиллис Х.П., Кэмпион А. Принципы современной химии. 6-е изд. Томсон Брукс/Коул; Белмонт, Калифорния, США: 2008 г.
    1. Бергман Т.Л., Лавин А.С., Инкропера Ф.П., ДеВитт Д.П. Основы тепломассообмена. 7-е изд. Джон Уайли и сыновья; Хобокен, Нью-Джерси, США: 2011.
    1. Браун Р.К. Интенсификация процесса за счет непосредственно связанной автотермической работы химических реакторов. Джоуль. 2020; 4: 2268–2289. doi: 10.1016/j.joule.2020.09.006. – DOI
    1. Хейнс В.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *