Карбид кальция вода: CaC2+H2O=? уравнение реакции

alexxlab | 08.03.2023 | 0 | Разное

Химики СПбГУ с помощью компьютерной модели обнаружили возможности для более «зеленого» использования карбида кальция

13 ноября 2020

Химики-теоретики Санкт‑Петербургского государственного университета и Института органической химии РАН имени Н. Д. Зелинского разработали новую стратегию использования карбида кальция в синтезе органических соединений. Исследователи предложили новый подход, основываясь на результатах моделирования взаимодействия карбида кальция с водой и диметилсульфоксидом. Научная работа опубликована в журнале Королевского химического общества Chemical Science.

Карбид кальция известен человечеству уже более 150 лет — это твердое вещество желтовато-белого, бежевого или серого цвета, полученное в результате соединения кальция с углеродом. Сегодня карбид кальция используют для получения газообразного ацетилена, который широко применяется в промышленности — от производства уксусной кислоты и этилового спирта, до пластмассы, каучука и ракетных двигателей.

Углерод, необходимый для синтеза карбида кальция, добывается не оптимальным с точки зрения концепции устойчивого развития способом — в шахтах. В результате запасы ископаемого ресурса истощаются (не устойчивый подход), а над поверхностью земли растет количество углерода. «Мы работаем над стратегией углерод-нейтрального цикла производства. В частности, для получения карбида кальция можно использовать углерод, добываемый при термическом разложении (пиролизе) отходов, а полученное в результате вещество — применять в промышленности для создания новых соединений», — отметил Константин Родыгин, научный сотрудник лаборатории кластерного катализа СПбГУ.

Исследование было поддержано грантом СПбГУ и проводилось в рамках проекта по актуальной химии карбида кальция, которым занимается лаборатория кластерного катализа Университета при участии исследователей из Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН. Значительная часть моделирования была проведена с помощью мощностей РЦ «Вычислительный центр» Научного парка СПбГУ.

«Главным вызовом для человечества сегодня является создание промышленных процессов нового поколения, позволяющих получать важнейшие органические соединения и материалы в рамках углерод-нейтрального подхода. Особое значение имеет замена ископаемых ресурсов на возобновляемые и решение таким образом экологических задач. Как было показано в наших работах, органический синтез на базе карбида кальция открывает новые возможности для реализации углерод-нейтральных технологий. Причем ключевое значение имеет понимание химических процессов трансформации карбидных частиц в химических процессах в растворе», — отметил руководитель лаборатории кластерного катализа СПбГУ, заведующий лабораторией металлокомплексных и наноразмерных катализаторов Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН академик РАН Валентин Анаников.

Предложить новую стратегию использования вещества химики смогли с помощью моделирования процессов, возникающих на уровне атомов и молекул при взаимодействии карбида кальция с водой и растворителем диметилсульфоксидом. Карбид кальция — это, по сути, соль, включающая отрицательно заряженные кислотные остатки ацетилена (так называемые ацетиленид-анионы с зарядом −2) и положительно заряженные ионы кальция. В работе исследовались кислотно-основные свойства ацетиленид-анионов, воды и некоторых других веществ в растворителе диметилсульфоксиде. В таком растворителе можно наблюдать необычную ситуацию: взаимодействие ацетиленид-анионов и воды, называемое гидролизом, идет не полностью. Образуются анионы с зарядом −1, которые потом могут вступать в широкий спектр ключевых для органического синтеза химических реакций.

«После проведения анализа выяснилось, что вместо воды можно использовать и другие протонирующие вещества для перевода ацетиленида в раствор, а в качестве растворителя для реакций с карбидом кальция можно искать альтернативные диметилсульфоксиду, еще менее токсичные и “зеленые” растворители. Таким образом, производство с участием карбида кальция в перспективе может стать более “зеленым” не только из-за потенциально более безопасных способов добычи углерода, но и благодаря возможности карбида кальция вступать в реакции с менее токсичными растворителями», — рассказал соавтор статьи, ассистент Института химии СПбГУ Михаил Полынский.

Отметим, что одним из авторов статьи стала выпускница СПбГУ Мария Сапова, начавшая работу над проектом во время обучения в магистратуре. «Задача меня сразу привлекла: идея комбинации различных расчетных методов открывает большие возможности для моделирования сложных процессов, как, например, процесс растворения в нашем случае. Эта работа помогла не просто расширить кругозор, а выйти за рамки задач по моделированию кристаллов, которыми я занималась, и почувствовать границы применимости различных методов расчетной химии. Думаю, что такие сложные многоступенчатые подходы в моделировании должны развиваться дальше: это позволит нам приблизиться к описанию реальных экспериментов», — отметила Мария Сапова.

Как уточнил Михаил Полынский, работа на данном этапе — полностью теоретическая и заключалась в компьютерном моделировании процесса получения ацетиленидов из карбида кальция. «Для моделирования мы использовали так называемые квантово-химические методы, борн-оппенгеймеровскую молекулярную динамику. В результате такого моделирования можно сделать короткое молекулярное кино, показывающее, как выглядит движение атомов и молекул на очень коротких, пикосекундных временных интервалах», — заключил Михаил Полынски

11. Получение ацетилена. Скорость разложения карбида кальция. Ее зависимость от температуры и размеров кусков.

Реакция взаимодействия карбида кальция с водой протекает бурно с выделением большого количества теплоты. Теоретически для разложения 1 кг карбида кальция требуется 0,562 кг воды, но так как реакция взаимодействия карбида кальция с водой идет с большим выделением тепла, практически берут от 5 до 20 кг воды. Скорость разложения карбида кальция зависит от температуры и чистоты воды, грануляции и чистоты карбида кальция. Чем выше чистота и температура воды, тем быстрее разлагается карбид кальция. Чем мельче куски карбида кальция, тем больше скорость его разложения. Например, карбид кальция размером 8×15 мм разлагается за 6,5 мин, а размером 50×80 мм — за 13 мин.

Карбидная пыль (частицы меньше 2 мм) при взаимодействии с водой разлагается почти мгновенно, поэтому ее нельзя применять в обычных ацетиленовых генераторах, рассчитанных для работы на кусковом карбиде кальция, так как это может привести к взрыву.

Из 1 кг карбида кальция в зависимости от его чистоты и грануляции можно получить от 235 до 285 дм³ ацетилена.

Ацетиленовый генератор АСМ-1,25-3. Этот генератор работает по системе ВВ (вытеснение воды). Он является однопостовым генератором прерывистого действия и используется при ремонтных и монтажных работах.

Генератор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, состыкованный из промывателя 1 и газообразователя 2. К верхней части газообразователя приварено верхнее эллиптическое днище 3 с горловиной, через горловину в корпус вставляется корзина 4, укрепленная на крышке 5. Крышка уплотняется винтом 6. Корпус газообразователя 2 и промывателя 1 сообщается между собой трубкой 8. Пространство между корпусом газообразователя 2 и шахтой 9 образует газовую подушку. Верхний конец трубки 8 расположен в газовом пространстве газообразователя, нижний—в воде промывателя. Сверху на трубку 8 ставится стакан 10, препятствующий проникновению пены в промыватель. Воду в газообразователь заливают через горловину. В промыватель вода переливается через трубку 8 до уровня контрольного крана 11. Ил из газообразователя и воду из промывателя сливают через штуцера, закрываемые пробками 12 и 13. Загрузочная корзина изготовляется из стальных прутков. В шахте устанавливается тарелка 14 с отверстиями диаметром 8 мм для разложения кусков карбида мельче 20 мм. Загруженную карбидом кальция корзину опускают в шахту и уплотняют винтом 6 и рычагом 7.

Образующийся ацетилен по трубке 8 поступает в промыватель, проходя через слой воды, охлаждается и промывается. Из промывателя ацетилен, пройдя через штуцер 22 и предохранительный клапан 15, по шлангу 16 попадает в водяной затвор 17, из которого поступает в горелку или резак.

Предохранительный клапан установлен на штуцере 22 и уплотнен прокладкой 31 с помощью контргайки 32.

На корпусе генератора устанавливается манометр 18, который ввертывается в бобышку горловины генератора и уплотняется двумя резиновыми прокладками 29 и фибровой прокладкой 28. Между прокладками устанавливается сетка 30, предохраняющая манометр от заиливания.

Для предотвращения повышения давления свыше допустимого служит разрывная мембрана 27, устанавливаемая в бобышке между прокладками 26. Усилие для уплотнения создается накидной гайкой 23 через нажимное кольцо 25. Мембрана предохраняется от повреждений сеткой 24, ‘

Для переноса генератора служат ручки 19.

При подготовке генератора к работе необходимо залить воду в водяной предохранительный затвор до уровня контрольного крана 20. В газообразователь и промыватель вода заливается через горловину верхнего эллиптического днища 3 до уровня контрольного крана.

Опустив загруженную карбидом кальция корзину 4 в шахту, необходимо быстро уплотнить крышку винтом 6. После чего плавно открыть вентиль 21 клапана 15 и продуть ацетиленом шланги и сварочную горелку или резак в течение минуты. При переносе генератора и длительных перерывах в работе необходимо закрывать вентиль клапана 15.

После полного разложения загруженного карбида кальция необходимо произвести перезарядку генератора. После окончания работы — тщательно промыть корзину, газообразователь и промыватель от ила.

5 главных опасностей карбида кальция, которые вы должны знать

Карбид кальция представляет собой химическое вещество, состоящее из углерода и кальция, это серовато-черное вещество, похожее на песок (кристаллическое), но белое в чистом виде. Химическая формула карбида кальция (Ca(C2)). Имеет чесночный запах.

Карбид кальция часто используется в качестве восстановителя при производстве газообразного ацетилена и в производстве стали. В древние времена карбид кальция использовался в качестве источника ацетиленового пламени в карбидных лампах. В настоящее время эти лампы используются для питания маяков и маяков, а также для исследования пещер.

Карбид кальция также может быть использован в разработке химических технологий, наиболее выдающихся синтетических каучуков. Карбид кальция также можно использовать для получения ацетиленовой сажи, винилхлорида, уксусной кислоты, акрилонитрила, этилена, ацетона, синтетического изюма и стирола. Карбид кальция также используется в металлургии для снижения содержания серы и кислорода (десульфурация) и раскисления металлов. Производство карбида кальция в настоящее время находится на рекордно высоком уровне во всем мире.

При всей полезности карбида кальция он также представляет некоторую опасность для здоровья человека при неправильном обращении. Вот некоторые из опасностей химического вещества.

Является ли карбид кальция легковоспламеняющимся

Карбид кальция является легковоспламеняющимся химическим веществом. Он склонен вызывать взрывы и пожары при воздействии. При контакте с влагой или водой выделяется ацетиленовый газ, который также легко воспламеняется и может воспламениться.

Влияние карбида кальция на глаза и кожу

Карбид кальция — это химическое вещество, которое при попадании в глаза может вызвать серьезное повреждение кожи. Если карбид кальция попадет в глаза, это может вызвать сильное раздражение и ожоги с вероятным необратимым повреждением.

Карбид кальция также вызывает раздражение кожи, кожную сыпь, жжение при контакте и покраснение.

Воздействие карбида кальция на здоровье

Воздействие карбида кальция может оказать определенное воздействие на здоровье. Краткосрочные проблемы со здоровьем, которые могут возникнуть, могут включать раздражение легких, вызывающее одышку и/или кашель. При сильном воздействии возможно скопление жидкости в легких, вызывающее сильную одышку. Воздействие также может привести к раздражению носа, рта и горла.

Единственным подтвержденным долгосрочным эффектом карбида кальция является бронхит, вызывающий одышку, мокроту и кашель. Карбид кальция не был подтвержден в отношении его способности вызывать рак или представлять опасность для репродуктивной системы.

Как химическое вещество реагирует с водой

Когда карбид кальция реагирует с водой, выделяется ацетилен.

2H₂O + CaC₂ → C₂H₂↑ + Ca(OH)₂

Ацетилен — промышленный химикат с неприятным запахом, вызванным содержащимися в нем примесями, такими как NH₃, H₂S, PH₃ и другими. В чистом виде ацетилен представляет собой бесцветный газ со слабым запахом и растворяется в воде.

Чтобы продемонстрировать, как карбид кальция реагирует с водой, можно провести простой эксперимент;

• Налейте воду в бутылку объемом 1,5 л
• Добавьте карбид кальция во флакон и закройте его пробкой. Последующая реакция между водой и карбидом кальция приводит к скоплению ацетилена в бутылке из-за повышения давления.
• Как только эта реакция прекратится, поместите горящий лист бумаги в бутылку, что вызовет взрыв, за которым последует огненное облако.

Этот эксперимент опасен, так как существует вероятность того, что бутылка лопнет в результате химической реакции, и эксперимент следует проводить с соблюдением техники безопасности.

Реакция карбида кальция с водой также может быть продемонстрирована в модифицированной форме с использованием 6-литровой бутылки. Необходимые материалы должны быть правильно взвешены, потому что чем больше радиус бутылки, тем меньшее давление может выдержать контейнер.

Во избежание взрыва используемый карбид кальция должен быть правильно измерен. Молярная масса карбида кальция составляет около 64 г/моль. Ожидается, что из 64 г карбида получится около 22,4 л ацетилена.

Бутылка должна выдерживать 5 атмосфер; для проведения этого эксперимента используйте около 0,5 л воды и 64 г карбида кальция. Поместите карбид кальция в небольшой пакет. Вставьте небольшой пакетик в бутылку, затем быстро закройте бутылку пробкой. Реакция воды и карбида кальция продолжается несколько минут, бутылка набухает, процесс сопровождается громкими хлопками, но бутылка должна выдержать это.

После полного выпуска ацетилена положите на пробку горячую тряпку, уже смоченную гексдеканом, затем отойдите на безопасное расстояние. Вы увидите яркую желтоватую вспышку, а из бутылки поднимется фонтан пламени высотой около 4 метров. Это деформирует бутылку и обожжет пробку, но бутылка должна быть целой. Эксперимент необходимо проводить на открытом воздухе, вдали от любых взрывоопасных и легковоспламеняющихся предметов. Обеспечить соблюдение техники безопасности.

Советы по безопасности при работе с химическим веществом

Карбид кальция является токсичным химическим веществом, и при обращении с ним следует соблюдать осторожность. Вы всегда должны всегда носить защитную одежду. Избегайте прямого контакта кожи с химическим веществом. Носите защитную одежду, которая не может разлагаться или пропитываться карбидом кальция.

Защитную одежду, такую ​​как головные уборы, обувь, перчатки и костюмы, следует каждый раз очищать. Убедитесь, что вы носите средства защиты глаз, а также защитные очки или боковые щитки. Респираторы должны оставаться включенными все время, потому что вдыхание химического вещества может иметь катастрофические последствия.

Фотография | Карбид кальция реагирует с водой, 1 o

{{ Элемент.Сообщение об ошибке }} Этот товар недоступен в вашем регионе. 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

Загрузка видео в настоящее время недоступна. Пожалуйста, сообщите нам, какие файлы вам нужны, по адресу [email protected], и мы предоставим их 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 товара

Назначение: {{ item.ImgPurpose }}

{{Имя}}

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

Узнать больше

Узнать больше

Скопировать URL

Скачать Комп

Скачать Комп

Добавить на доску

LabelPB.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

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

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

Добавить на доску

Добавить в корзину

Скачать в высоком разрешении

Загрузка видео в настоящее время недоступна. Пожалуйста, сообщите нам, какие файлы вам нужны, по адресу [email protected], и мы доставим их вам, как только возможный.

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

LabelPB.toLowerCase()” :alt=”‘Add to ‘ + site.LabelPB.toLowerCase()” aria-label=”‘Add to ‘ + site.LabelPB.toLowerCase()”/>
Добавить на доску

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

toLowerCase()”/>
Добавить на доску

Удалить с доски

Добавить на доску

Скачать в высоком разрешении

Загрузка видео в настоящее время недоступна. Пожалуйста, сообщите нам, какие файлы вам нужны, по адресу [email protected], и мы доставим их 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.