CALCIUMOXID (CAO): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN UND VERWENDUNG - CHEMIE - 2025

Das Calciumoxid (CaO) ist eine anorganische Verbindung , Kalzium und Sauerstoff in ionischen Formen enthält (nicht wird mit Calciumperoxid CaO verwechselt ₂ ). Weltweit ist es als Kalk bekannt, ein Wort, das jede anorganische Verbindung bezeichnet, die neben anderen Metallen wie Silizium, Aluminium und Eisen Calciumcarbonate, -oxide und -hydroxide enthält.

Dieses Oxid (oder Kalk) wird auch umgangssprachlich als Branntkalk oder gelöschter Kalk bezeichnet, je nachdem, ob es hydratisiert ist oder nicht. Branntkalk ist Calciumoxid, während gelöschter Kalk sein Hydroxid ist. Kalkstein (Kalkstein oder gehärteter Kalk) ist wiederum ein Sedimentgestein, das hauptsächlich aus Calciumcarbonat (CaCO ₃ ) besteht.

Es ist eine der größten natürlichen Kalziumquellen und bildet den Rohstoff für die Herstellung von Kalziumoxid. Wie entsteht dieser Rost? Carbonate sind anfällig für thermische Zersetzung; Das Erhitzen von Calciumcarbonaten auf Temperaturen über 825 ºC führt zur Bildung von Kalk und Kohlendioxid.

Die obige Aussage kann folgendermaßen beschrieben werden: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Da die Erdkruste reich an Kalkstein und Kalzit ist und Muscheln (Rohstoffe für die Herstellung von Kalziumoxid) in den Ozeanen und Stränden reichlich vorhanden sind, ist Kalziumoxid ein relativ kostengünstiges Reagenz.

Formel

Die chemische Formel von Calciumoxid lautet CaO, wobei das Calciumion wie Säure (Elektronenakzeptor) Ca ²⁺ und Sauerstoff als basisches Ion (Elektronendonor) O ^{2- ist} .

Warum ist Kalzium +2 geladen? Weil Calcium zur Gruppe 2 des Periodensystems gehört (Mr. Becambara) und nur zwei Valenzelektronen für die Bildung von Bindungen zur Verfügung stehen, die es an das Sauerstoffatom abgibt.

Struktur

Im oberen Bild ist die Kristallstruktur (Edelsteinsalztyp) für Calciumoxid dargestellt. Die sperrigen roten Kugeln entsprechen den Ca ²⁺ -Ionen und die weißen Kugeln den O ² -Ionen .

In dieser kubischen kristallinen Anordnung ist jedes Ca ²⁺ -Ion von sechs O ² -Ionen umgeben , die in den oktaedrischen Löchern eingeschlossen sind, die die großen Ionen zwischen ihnen belassen.

Diese Struktur drückt den ionischen Charakter dieses Oxids maximal aus, obwohl der bemerkenswerte Unterschied in den Radien (die rote Kugel ist größer als die weiße) ihm im Vergleich zu MgO eine schwächere Kristallgitterenergie verleiht.

Eigenschaften

Physikalisch ist es ein weißer kristalliner, geruchloser Feststoff mit starken elektrostatischen Wechselwirkungen, die für seine hohen Schmelzpunkte (2572 ºC) und Siedepunkte (2850 ºC) verantwortlich sind. Darüber hinaus hat es ein Molekulargewicht von 55,958 g / mol und die interessante Eigenschaft, thermolumineszierend zu sein.

Dies bedeutet, dass ein Stück Kalziumoxid, das einer Flamme ausgesetzt ist, mit einem intensiven weißen Licht leuchten kann, das auf Englisch als Rampenlicht oder auf Spanisch als Kalziumlicht bekannt ist. Ca ²⁺ -Ionen , die mit Feuer in Kontakt kommen, erzeugen eine rötliche Flamme, wie im folgenden Bild zu sehen ist.

Rampenlicht oder Rampenlicht

Löslichkeit

CaO ist ein basisches Oxid, das eine starke Affinität zu Wasser aufweist, so dass es Feuchtigkeit aufnimmt (es ist ein hygroskopischer Feststoff) und sofort unter Bildung von gelöschtem Kalk oder Calciumhydroxid reagiert:

CaO (s) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Diese Reaktion ist exotherm (gibt Wärme ab) aufgrund der Bildung eines Feststoffs mit stärkeren Wechselwirkungen und einem stabileren Kristallgitter. Die Reaktion ist jedoch reversibel, wenn Ca (OH) ₂ erhitzt wird , es entwässert und den gelöschten Kalk entzündet; dann wird der Kalk „wiedergeboren“.

Die resultierende Lösung ist sehr basisch und erreicht, wenn sie mit Calciumoxid gesättigt ist, einen pH-Wert von 12,8.

Ebenso ist es in Glycerin sowie in Säure- und Zuckerlösungen löslich. Da es sich um ein basisches Oxid handelt, hat es natürlich wirksame Wechselwirkungen mit sauren Oxiden ( z. B. SiO ₂ , Al ₂ O ₃ und Fe ₂ O ₃ ), die in ihren flüssigen Phasen löslich sind. Andererseits ist es in Alkoholen und organischen Lösungsmitteln unlöslich.

Anwendungen

CaO hat eine unendliche Vielfalt industrieller Anwendungen sowie bei der Synthese von Acetylen (CH≡CH), bei der Extraktion von Phosphaten aus Abwasser und bei der Reaktion mit Schwefeldioxid aus gasförmigen Abfällen.

Andere Verwendungen für Calciumoxid sind nachstehend beschrieben:

Als Mörtel

Wenn sich Calciumoxid mit Sand (SiO ₂ ) und Wasser vermischt, backt es mit Sand zusammen und reagiert langsam mit Wasser unter Bildung von gelöschtem Kalk. Das CO _{2 in} der Luft löst sich wiederum im Wasser und reagiert mit dem gelöschten Salz unter Bildung von Calciumcarbonat:

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

CaCO ₃ ist eine widerstandsfähigere und härtere Verbindung als CaO, wodurch der Mörtel (die vorherige Mischung) aushärtet und die Ziegel, Blöcke oder Keramiken zwischen ihnen oder auf der gewünschten Oberfläche fixiert .

In der Glasherstellung

Der wesentliche Rohstoff für die Herstellung von Gläsern sind Siliziumoxide, die mit Kalk, Natriumcarbonat (Na ₂ CO ₃ ) und anderen Additiven gemischt werden, um dann erhitzt zu werden, was zu einem glasartigen Feststoff führt. Dieser Feststoff wird anschließend erhitzt und in beliebige Figuren geblasen.

Im Bergbau

Gelöschter Kalk nimmt aufgrund von Wasserstoffbrücken (OHO) -Wechselwirkungen ein größeres Volumen ein als Branntkalk. Diese Eigenschaft wird verwendet, um die Felsen von innen zu brechen.

Dies wird erreicht, indem sie mit einer kompakten Mischung aus Kalk und Wasser gefüllt werden, die versiegelt wird, um ihre Wärme und Expansionskraft auf das Gestein zu konzentrieren.

Als Silikatentfernungsmittel

CaO verschmilzt mit Silikaten zu einer koaleszierenden Flüssigkeit, die dann aus dem Rohmaterial eines bestimmten Produkts extrahiert wird.

Beispielsweise sind Eisenerze der Rohstoff für die Herstellung von metallischem Eisen und Stahl. Diese Mineralien enthalten Silikate, die für den Prozess unerwünschte Verunreinigungen sind und nach dem gerade beschriebenen Verfahren entfernt werden.

Calciumoxid-Nanopartikel

Calciumoxid kann als Nanopartikel synthetisiert werden, wobei die Konzentrationen von Calciumnitrat (Ca (NO ₃ ) ₂ ) und Natriumhydroxid (NaOH) in Lösung variiert werden.

Diese Partikel sind kugelförmig, basisch (wie auch der Festkörper im Makromaßstab) und haben eine große Oberfläche. Folglich kommen diese Eigenschaften katalytischen Prozessen zugute. Welche? Die Forschung beantwortet derzeit diese Frage.

Diese Nanopartikel wurden verwendet, um substituierte organische Verbindungen - wie Derivate von Pyridinen - bei der Formulierung neuer Arzneimittel zu synthetisieren, um chemische Umwandlungen wie künstliche Photosynthese durchzuführen, zur Reinigung von Wasser aus Schwer- und Schadmetallen und als photokatalytische Mittel.

Die Nanopartikel können auf einem biologischen Träger wie Papaya und grünen Teeblättern synthetisiert werden, um als antibakterielles Mittel verwendet zu werden.

Verweise

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