کلسیم اکسید چیست؟ چه کاربردی دارد؟

کلسیم اکسید، CaO، یک ترکیب صنعتی رایج است. این یک ماده شیمیایی کالایی مهم در صنایعی مانند فولادسازی و تولید بتن است، تا حدی به این دلیل که بسیار مقرون به صرفه است.

اما تطبیق پذیری اکسید کلسیم آن را بیش از یک ترکیب صنعتی مورد تقاضا تبدیل کرده است و همچنین مسئول تبدیل آن به یکی از همه کاره ترین مواد شیمیایی در تاریخ است.

در ادامه با نشریه علمی جهان شیمی فیزیک همراه باشید تا با این ماده شیمیایی مهم و تاثیر گذار بیشتر آشنا شوید.

کلسیم اکسید چیست

کلسیم اکسید یک ترکیب شیمیایی است که دارای خواص بی رنگ و بی بو بوده و از زمان های اولیه مورد استفاده قرار می گرفته است.

فرمول کلسیم اکسید CaO است. این یک ماده بی شکل است که به صورت جامد کریستالی یا پودری است. اکسید کلسیم را آهک زنده، آهک سوزاننده یا آهک سوخته نیز می نامند. کلسیم اکسید در شکل خالص خود به رنگ سفید یا خاکستری است.

از طرف دیگر در حضور ناخالصی هایی مانند آهن، منیزیم، سیلیس یا آلومینا به رنگ زرد یا قهوه ای است. اکسید کلسیم در رنگ های قرمز و قهوه ای خاموش نیز وجود دارد.

ویژگی کلسیم اکسید

کلسیم اکسید دارای ویسکوزیته متوسط ​​و کشش سطحی بالا، به علاوه سرعت انبساط و انقباض بالا تا متوسط ​​است. این ماده در دمای سرامیکی فرار نیست.

اکسید کلسیم اثر متوسطی روی رنگ دارد، مگر در مقادیر زیاد که ممکن است اثر سفید کنندگی روی اکسید آهن داشته باشد. همچنین در رنگ قرمز کاکی یا گوجه فرنگی وجود دارد.

تاریخچه کلسیم اکسید

کلسیم اکسید از زمان های قدیم شناخته شده است. نویسنده رومی کاتون بزرگ (۲۳۴ – ۱۴۹ قبل از میلاد) یکی از روش های ساخت ترکیب را در ۱۸۴ قبل از میلاد ذکر کرده است.

در اوایل قرن پانزدهم، بسیاری از اروپایی ها از کلسیم اکسید (که معمولاً به آن آهک گفته می شود) در ساخت و ساز ساختمان ها استفاده می کردند.

شیمیدان اسکاتلندی جوزف بلک (۱۷۲۸-۱۷۹۹) برخی از اولین مطالعات علمی را در مورد اکسید کلسیم انجام داد. او دریافت که وقتی این ترکیب در معرض هوا قرار می گیرد، با دی اکسید کربن ترکیب می شود و کربنات کلسیم تولید می کند.

استفاده از آن در ساختمان سازی

در اصل از تجزیه حرارتی سنگ آهک مشتق شده است، هنگامی که CaO با آب مخلوط می شود به یک ماده دوغاب چسبناک تبدیل می شود که برای طیف وسیعی از کاربردهای ملات مبتنی بر آهک مفید است.

در حالی که مصریان از این ماده برای گچ کاری استفاده می کردند (نگاه کنید به: هرم بزرگ جیزه)، رومی ها ملات های آهکی را در معماری خود اجرا می کردند. چینی‌های باستان در هنگام ساخت دیوار بزرگ نیز چنین کردند.

استفاده از این ماده شیمیایی به عنوان ماده جنگی

هنگامی که مردم باستان شروع به درک واکنش CaO کردند، شروع به استفاده از آن در طول جنگ کردند. نشانه هایی وجود دارد که این ماده شیمیایی احتمالاً به شکل دوغاب در زمان جنگ از طریق هوا پرتاب شده و سربازان را کور کرده و پوست آنها را به شدت می سوزاند.

حتی شواهدی وجود دارد مبنی بر اینکه CaO ممکن است یک جزء ضروری برای “آتش یونانی”، یکی از مخرب ترین ترکیبات مورد استفاده در جنگ های باستانی باشد.

کاربرد نوری اکسید کلسیم

هنگامی که آهک زنده با آب مخلوط می شود، به یک منبع حرارتی قابل حمل تبدیل می شود. همچنین هنگام گرم شدن، پرتوهای رشته ای نور (ساخته شده از اکسیژن و هیدروژن) را تولید می کند که در اوایل دهه ۱۸۶۰ آن را به منبع نوری مناسب برای تولیدات تئاتر تبدیل کرد. این کاربرد، در واقع، انگیزه ای برای عبارت “در کانون توجه” بود.

تهیه کلسیم اکسید

عناصر اولیه اصلی تشکیل دهنده کلسیم اکسید، کلسیم و اکسیژن هستند. این عنصر با حرارت دادن کربنات کلسیم (مثلا سنگ آهک یا صدف های دریایی حاوی کربنات کلسیم) در کوره آهک متمایز در دمای حدود ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد و تجزیه آن به اکسید و دی اکسید کربن تهیه می شود.

به دست آوردن آهک سوخته کلسیفیکاسیون می گویند. این فرآیندی است که با تجزیه حرارتی واکنش دهنده ها در دماهای بالا شروع می شود، اما اطمینان حاصل می شود که دما بسیار پایین تر از نقطه ذوب نگه داشته می شود.

با تجزیه اجزای طبیعی در دماهای بالا شروع می شود در حالی که آنها به نقطه ذوب نمی رسند. این فرآیند با حرارت دادن آنها در دماهای بین ۱۰۷۰ درجه سانتیگراد تا ۱۲۷۰ درجه سانتیگراد انجام می شود

این واکنش ها معمولاً در یک کوره دوار برگزار می شوند. محصولاتی که در نتیجه واکنش ایجاد می شوند آهک سوخته و دی اکسید کربن هستند.

دی اکسید کربنی که تشکیل می شود فوراً حذف می شود تا واکنش قبل از تکمیل فرآیند مطابق با اصل Le-Chatelier انجام شود.

CaCO3 → CaO + CO2

این واکنش ماهیت برگشت پذیر و گرمازا در جهت رو به جلو دارد.

فرمول و ساختار کلسیم اکسید

اکسید کلسیوم که به نام آهک زنده نیز شناخته می شود، ماده ای است که عمدتاً در صنایع شیمیایی به عنوان واسطه در تولید سیمان و بتن و همچنین در فرآیند سنتز خاکستر سودا استفاده می شود.

فرمول شیمیایی کلسیم اکسید CaO و جرم مولی آن ۵۶.۰۷۷۴ گرم مول در ۱ است. این مولکول توسط کاتیون کلسیم Ca+2 و آنیون اکسیژن O-2 تشکیل می شود که یک پیوند یونی را تشکیل می دهند.

شبکه یونی اکسید کلسیم مکعبی و شبیه شبکه NaCl است و یونی با ۶ بار یون مخالف احاطه شده است. ساختار شیمیایی آن را می توان به صورت زیر، در نمایش های رایج مورد استفاده برای مولکول های آلی نوشت.

ساختار مولکول های CaO

مولکول‌های کلسیم اکسید شامل یک کاتیون کلسیم (که بار ۲+ را نگه می‌دارد) و یک آنیون اکسیژن (که دارای بار ۲- است) است. ساختار اکسید کلسیم در زیر نشان داده شده است.

بنابراین، می توان فهمید که کلسیم اکسید یک ترکیب یونی است که دارای پیوند یونی بین کلسیم و اکسیژن است.

خواص شیمیایی اکسید کلسیم

کلسیم اکسید واکنش شیمیایی وسیعی دارد. این می تواند به روش های مختلف واکنش نشان دهد، دو مثال عبارتند از:

• از اکسید کلسیم برای به دست آوردن مصالح ساختمانی استفاده می شود، زیرا هنگامی که با آب مخلوط می شود، می تواند واکنش نشان دهد و هیدروکسید کلسیم را تشکیل می دهد که به سرعت یک ماده سخت را تشکیل می دهد:

CaO + H2O → Ca(OH)2

• همچنین می تواند با منابع فسیلی واکنش داده و کاربید کلسیم تولید کند:

 

۲ CaO(s) + 5 C(s) → ۲ CaC2 (s) + CO2 (g)

کاربرد های کلسیم اکسید

کلسیم اکسید (CaO)، به طور کلی به عنوان آهک زنده یا آهک سوخته شناخته می شود، این یک ترکیب شیمیایی رایج است. در دمای اتاق جامد است.

کلمه آهک که به طور گسترده استفاده می شود، به معنای مواد معدنی حاوی کلسیم است که در آن اکسیدها و هیدروکسیدهای کلسیم، منیزیم، آلومینیوم، سیلیکون و آهن وجود دارد. در مقابل، آهک زنده دقیقاً برای ترکیب شیمیایی منفرد اکسید کلسیم کاربرد دارد. اما آهک تجاری اغلب حاوی ناخالصی است.

در ادامه کاربرد های این ماده شگفت انگیز را بررسی می کنیم:

استفاده از کلسیم اکسید در صنعت

از کلسیم اکسید در صنایع ساخت چینی و شیشه استفاده می شود. همچنین برای تصفیه شکر، در تهیه پودر سفید کننده، کاربید کلسیم و سیانامید کلسیم استفاده می شود. کاربردهای دیگر آن در نرم کننده های آب، ملات و سیمان است.

اکسید کلسیم نیز به طور گسترده در داروها و آفت کش ها استفاده می شود. با توجه به موجود بودن قلیا در مقادیر مقرون به صرفه، این ماده شیمیایی یکی از مواد ضروری در ساخت سود سوزآور است. همچنین در ساخت فولاد، کاغذ و سیمان استفاده می شود.

استفاده از اکسید کلسیم به عنوان کنترل کننده آلودگی

دومین کاربرد حیاتی کلسیم اکسید در دستگاه های کنترل آلودگی است. دودی که از دودکش هر صنعتی خارج می شود حاوی مقادیر زیادی گوگرد و نیتروژن است. هنگامی که گوگرد و نیتروژن با آب ترکیب می شوند، به مواد جدیدی مانند اسید نیتریک و اسید سولفوریک تبدیل می شوند.

برای جلوگیری از تماس این گونه ترکیبات شیمیایی مضر با طبیعت، دستگاه هایی به نام اسکرابر تعبیه شده است. این دستگاه ها دارای ترکیبات زیادی از اکسید کلسیم هستند که به خنثی کردن مقادیر بالای اسید سولفوریک و اسید نیتریک کمک می کند.

برخی از کاربردهای دیگر اکسید کلسیم

در تصفیه خانه های آب، برای کنترل اسیدیته آب تصفیه شده و حذف ناخالصی های موجود در آب؛

در صنعت ساختمان سازی، جایی که از آن برای ساخت گچ، ملات، گچ، آجر و سایر مصالح ساختمانی استفاده می شود.

به عنوان پرکننده برای تقویت محصولات کاغذی؛

به عنوان یک ماده نسوز، یک ماده مقاوم در برابر حرارت که برای پوشش داخلی کوره ها استفاده می شود.

در تولید سایر مواد شیمیایی؛

به عنوان یک افزودنی برای خوراک طیور؛

در حشره کش ها و قارچ کش ها؛

در از بین بردن مو از پوست قبل از برنزه شدن؛ و

به عنوان یک افزودنی غذایی برای حفظ اسیدیته مناسب و حجم دادن به یک محصول غذایی.

فواید کلسیم در بدن انسان

کلسیم عمدتاً برای ساخت استخوان‌های قوی و حفظ سلامت دهان و دندان مورد نیاز است. ۹۹ درصد کلسیم در استخوان ها و دندان ها وجود دارد. برای رشد، نمو و نگهداری بدن ضروری است. کلسیم همچنین به حفظ فعالیت خون و تضمین جریان روان آن در کل بدن کمک می کند.

وجود کلسیم کافی در بدن منجر به کاهش فشار خون، مقادیر زیاد انرژی و جوانسازی موثر پوست و استخوان ها می شود. همچنین به انقباض عضلات کمک می کند و عملکرد کلسترول را بهبود می بخشد.

حقایق جالب در مورد اکسید کلسیم

کلسیم اکسید اغلب برای “آهک کردن” آبهای دریاچه که توسط باران اسیدی اسیدی شده اند استفاده می شود. با آنها واکنش نشان می دهد و اسیدهای موجود در دریاچه را خنثی می کند. همچنین زمانی که اسید نیتریک و سولفوریک در باران اسیدی توسط باران، برف، برف و سایر روش های بارش به زمین منتقل می شود، تشکیل می شود.

هنگامی که اکسید کلسیم در نزدیکی نقطه ذوب خود گرم می شود، نور سفید روشنی از خود ساطع می کند. در سال‌های قبل از کشف الکتریسیته برای روشنایی، به‌ویژه در نیمه دوم قرن نوزدهم از آن به عنوان منبع نور برجسته استفاده می‌شد، از آهک گرم شده برای ایجاد نورهای روشن مورد نیاز برای روشن کردن آثار صحنه استفاده می‌شد.

از آنجایی که تصور می شد آهک زنده باعث افزایش سرعت در تجزیه بافت نرم می شود، در طول تاریخ از آهک زنده در تشییع جنازه حیوانات و انسان های بیمار استفاده می شده است. به عنوان مثال، اجساد قربانیان طاعون در لندن در سال ۱۶۶۶ دستور داده شد که در آهک زنده دفن شوند.

موارد استفاده از اکسید کلسیم

به طور گسترده برای اهداف دارویی و حشره کش ها استفاده می شود.

کاربرد خود را در ساخت سیمان، کاغذ و فولاد با عیار بالا می یابد.

آهک به عنوان یک معرف در آزمایشگاه ها برای کم آبی، واکنش بارش و غیره استفاده می شود.

این ارزان ترین قلیایی موجود است که یک عنصر مهم در تولید سود سوزآور است.

کلسیم به عنوان ماده تشکیل دهنده استخوان ها، صدف ها و دندان ها برای زندگی حیوانات ضروری است. رایج ترین ترکیبات کلسیم کربنات کلسیم است که سفالگر از آن به عنوان منبع کلسیم اکسید برای لعاب استفاده می کند.

نکات ایمنی مهم در هنگام کار با اکسید کلسیم

موارد کمی وجود دارد که کاربران باید در مورد اکسیدهای کلسیم در نظر داشته باشند.

واکنش بین آهک زنده و آب معمولا شدید است.

آهک زنده می تواند باعث تحریک شدید شود، به خصوص در صورت استنشاق یا تماس با پوست یا چشم مرطوب.

برخی از اثرات استنشاق عبارتند از عطسه، سرفه، یا تنفس سخت.

علاوه بر این، می تواند منجر به درد شکم، تهوع سوختگی همراه با سوراخ شدن تیغه بینی و استفراغ شود.

هنگامی که آهک زنده با آب واکنش می دهد، می تواند گرمای کافی را آزاد کند تا حتی مواد قابل احتراق را مشتعل کند.

خطر سلامتی

تماس با کلسیم اکسید می تواند باعث آسیب به پوست، بینی، چشم ها و سیستم تنفسی شود. افرادی که از این محصول در خط کار خود یا در خانه برای اهداف (به عنوان مثال در باغ) استفاده می کنند، افرادی که در حال کار هستند باید بسیار مراقب باشند که نفس نکشند، قورت ندهند، یا تماسی با مواد شیمیایی نداشته باشند. در صورت بروز چنین تماسی، باید آن را به طور کامل با آب شسته و درخواست کمک پزشکی کرد.

کمک های اولیه

• چشم: در صورت تماس این ماده شیمیایی با چشم، فوراً چشم ها را با مقدار زیادی آب بشویید و گهگاه پلک های پایین و بالایی را بلند کنید. فورا مراقبت های پزشکی را دریافت کنید. هنگام کار با این ماده شیمیایی نباید از لنزهای تماسی استفاده کرد.
• پوست: اگر این ماده شیمیایی با پوست تماس پیدا کرد، بلافاصله پوست آلوده را با آب بشویید. اگر این ماده شیمیایی به لباس نفوذ کرد، بلافاصله لباس را درآورید و پوست را با آب بشویید. فورا مراقبت های پزشکی را دریافت کنید.
• تنفس: اگر فردی مقادیر زیادی از این ماده شیمیایی را تنفس کرد، بلافاصله فرد در معرض هوا را به هوای تازه منتقل کنید. اگر تنفس قطع شده است، احیای دهان به دهان را انجام دهید. فرد مبتلا گرم و در حالت استراحت نگه دارید. در اسرع وقت مراقبت های پزشکی را دریافت کنید.
• بلع: اگر این ماده شیمیایی بلعیده شده است، فوراً به پزشک مراجعه کنید

کلسیم اکسید

این همه در مورد اکسید کلسیم و خواص آن است. نحوه استفاده از آن در زندگی روزمره و صنایع مدرن را بیاموزید. خواص و فواید آن را به خوبی درک کنید تا دانش مفهومی خود را در مورد این اکسید افزایش دهید.