氧化鈣
氧化鈣 | |
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IUPAC名 Calcium oxide | |
別名 | 生石灰 |
識別 | |
CAS號 | 1305-78-8 ![]() |
PubChem | 14778 |
ChemSpider | 14095 |
SMILES |
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InChI |
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InChIKey | ODINCKMPIJJUCX-BFMVISLHAU |
Gmelin | 485425 |
UN編號 | 1910 |
ChEBI | 31344 |
RTECS | EW3100000 |
KEGG | C13140 |
性質 | |
化學式 | CaO |
莫耳質量 | 56.0774 g/mol g·mol⁻¹ |
外觀 | 白色到淺黃、淺棕色固體 |
氣味 | 無 |
密度 | 3.34 g/cm3[1] |
熔點 | 2572 °C(2845 K)([1]) |
沸點 | 2850 °C(3123 K)(100 hPa[2]) |
溶解性(水) | 反應,形成氫氧化鈣 |
溶解性(甲醇) | 不溶,在乙醚和辛醇也不溶 |
pKa | 12.8 |
磁化率 | −15.0×10−6 cm3/mol |
結構 | |
晶體結構 | 立方晶系,cF8 |
熱力學 | |
ΔfHm⦵298K | −635 kJ·mol−1[3] |
S⦵298K | 40 J·mol−1·K−1[3] |
藥理學 | |
ATCvet代碼 | QP53AX18(QP53) |
危險性 | |
GHS危險性符號![]() ![]() | |
GHS提示詞 | Danger |
H-術語 | H302, H314, H315, H318, H335 |
P-術語 | P260, P261, P264, P270, P271, P280, P301+312, P301+330+331, P302+352, P303+361+353, P304+340, P305+351+338, P310, P312 |
NFPA 704 | |
閃點 | Non-flammable |
PEL | TWA 5 mg/m3[4] |
相關物質 | |
其他陰離子 | 氫氧化鈣 硫化鈣 硒化鈣 碲化鈣 釙化鈣 |
其他陽離子 | 氧化鈹 氧化鎂 氧化鍶 氧化鋇 氧化鐳 |
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。 |
氧化鈣,俗稱生石灰或石灰,化學式CaO,是常見的無機化合物。
性質
氧化鈣是鹼性氧化物,和水反應生成氫氧化鈣(熟石灰),該劇烈反應放出大量熱,甚至能讓水沸騰[5]:
氧化鈣也可以和酸反應,生成相應的鈣鹽,例如:
將氧化鈣和碳一起在電爐中共熱至攝氏2000度,生成碳化鈣(電石)[6]:
製備
![](http://images.weserv.nl/?url=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a5/Lime_kiln.jpg/220px-Lime_kiln.jpg)
氧化鈣通常是石灰窯中含有碳酸鈣 CaCO3 的材料(例如石灰石或貝殼)的熱分解反應而成的。這需要 825 °C(1,517 °F) 以上的溫度。[7]這一過程被稱為煅燒,把碳酸鈣分解成二氧化碳和氧化鈣。這也是少數史前已為人所知的化學反應[8]。
- CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
這些氧化鈣並不穩定,冷卻後會和空氣中的二氧化碳自發反應,變回碳酸鈣,除非用水消解以形成石灰膏或石灰砂漿。
全球氧化鈣的年產量約為 2.83 億噸。中國是迄今為止世界上最大的生產國,每年總產量約為 1.7 億噸。美國位居第二,每年約 2000 萬噸。[9]
每生產 1噸氧化鈣大約需要 1.8 噸石灰石。氧化鈣對水有很高的親和力,是比矽膠更有效的乾燥劑。這與氧化鈣和水的反應體積增加至少 2.5 倍有關。[10]
用處
- 氧化鈣的主要用處是鹼性氧氣煉鋼 (BOS) 。在一噸鋼中,需要用 30至50公斤(65—110英磅)的氧化鈣。氧化鈣和酸性氧化物,例如 SiO2、Al2O3和Fe2O3中和,形成鹼性熔渣。[10]
- 氧化鈣粉末用於生產加氣混凝土塊,密度約為 0.6–1.0 g/cm3。[10]
- 氧化鈣和氫氧化鈣可顯著提高含粘土的承載能力。它們通過與細碎的二氧化矽和氧化鋁反應,生成具有膠結性能的矽酸鈣和鋁酸鹽。[10]
- 少量的氧化鈣可用於其他工藝,如:玻璃、鋁酸鈣水泥和有機化合物的生產。[10]
- 氧化鈣也可以用作加熱劑。當它以下面的反應水解成氫氧化鈣時,會放出熱能:[11]
- CaO (s) + H2O (l) ⇌ Ca(OH)2 (aq) (ΔHr = −63.7 kJ/mol of CaO)
- 當氧化鈣水解時,會放熱並膨脹。一升水可以和約 3.1公斤(6.8英磅) 的氧化鈣反應,形成氫氧化鈣和 3.54 MJ的能量。這個反應可用於提供方便的可攜式熱源,用於自熱食品。有一些公司在銷售使用這種加熱方法的烹飪套件。[12]
- 氧化鈣也是一種食品添加劑,用作酸度調節劑、麵粉處理劑和發酵劑。[13]它的E編碼為 E529。
- 當氧化鈣被加熱到 2,400 °C(4,350 °F)時,會散發出強烈的光芒。這種照明形式被稱為石灰光,並在電燈發明之前廣泛用於戲劇作品中。[14]
- 氧化鈣是水泥的關鍵成分。
- 氧化鈣是一種廉價且廣泛使用的鹼。大約 50% 的氧化鈣在使用前會先轉化成氫氧化鈣。氧化鈣和氫氧化鈣都用於處理飲用水。[10]
- 水檢測膏是氧化鈣和酚酞的混合物。如果這種糊狀物與燃料儲罐中的水接觸,CaO 會與水反應形成氫氧化鈣。氫氧化鈣具有足夠高的pH值,可以將酚酞變成鮮艷的粉紫色,表明存在水。
- 在硫酸鹽紙漿廠的化學回收過程中,氧化鈣用於從碳酸鈉中再生氫氧化鈉。
- 有考古證據表明,前晚新石器時代B的人類使用基於氧化鈣的灰泥,用於地板和其他用途。[15][16][17]這種石灰灰地板一直被使用到 19 世紀後期。
- 在煙氣脫硫的過程中,可以使用氧化鈣的固體噴霧劑或漿液從廢氣流中去除二氧化硫。
- 歷史上,人們錯誤地認為氧化鈣可以有效加速屍體的分解。事實上,氧化鈣可以保存屍體。氧化鈣可以消除分解過程產生的惡臭,這可能導致人們得出錯誤的結論的原因。[18]
作為武器
公元前 80 年,羅馬將軍塞多留部署了令人窒息的苛性石灰雲來擊敗西班牙的 Characitani,後者在人跡罕至的洞穴中避難。[19]公元 178 年,中國使用類似的粉塵來平息農民武裝起義,他們用裝有風箱的石灰戰車將氧化鈣粉末吹向人群。[20]
氧化鈣被認為是希臘火的組成成分。氧化鈣遇水會產生 150 °C(302 °F)的高溫,並點燃燃料。[21]
大衛·休謨在他的《英格蘭史》中敘述了亨利三世統治初期,英國海軍用生石灰使敵方艦隊失明,摧毀了一支入侵的法國艦隊。[22]生石灰可能已用於中世紀的海戰。[23]
危險性
由於氧化鈣與水劇烈反應,當吸入或接觸潮濕的皮膚或眼睛時,會引起嚴重的刺激。吸入氧化鈣可能導致咳嗽、打噴嚏和呼吸困難,然後可能會演變成燒傷,伴有鼻穿孔、腹痛、噁心和嘔吐。雖然氧化鈣不被認為是火災隱患,但它與水的反應會釋放足夠的熱量,足以點燃可燃物。[24]
天然存在
氧化鈣天然存在於生石灰礦中,不過它在濕氣下不穩定,會迅速變成熟石灰(氫氧化鈣,化學式Ca(OH)2,俗稱羥鈣石)。[25][26]
參考資料
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