Сульфат кальция, карбид кальция и др. соединения

Сульфат кальция Са SO₄

Распространение в природе. В земной коре содержится в виде минералов: ангидрит — безводный СаSО₄; гипс — СаSO₄*2Н₂О; алебастр — интенсивно-белая мелкозернистая разновидность гипса. Гипс — один из самых распространенных минералов.

Свойства. Белый кристаллический порошок. Мало растворим в воде (0,2 г в 100 г воды), растворимость уменьшается при нагревании. При прокаливании гипса вначале протекает его частичное обезвоживание с образованием 2СаSО₄*Н₂О, а затем — полная потеря воды. При температуре выше 1000°С сульфат кальция разлагается па СаО и SО₃.

Обожженный гипс (штукатурный гипс) 2СаSО₄•Н₂О получают прокаливанием гипса при 150°С. Он легко соединяется с водой (экзотермическая реакция):

При более длительном нагревании гипс полностью обезвоживается с образованием ангидрита Са5О< и способность его присоединять воду снижается.

Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс), получают прокаливанием гипса при 1000°С. Состоит из твердого раствора СаО в СаSО₄. Отвердевает медленнее, чем штукатурный гипс, но быстрее, чем известковый строительный раствор.

Применение. Вяжущий строительный материал, сырье для получения серной кислоты и сульфата аммония. Обожженный гипс — материал для изготовления гипсовых отпечатков и форм, перегородочных плит и панелей, каменных полов и т. п,

Карбид кальция (дикарбид кальция) СаС₂

Строение. Карбид кальция СаС₂ можно рассматривать как кальциевое производное ацетилена Н—С = С—Н.

Получение. Спекание негашеной извести и различных сортов кокса при 2000°С в электродуговой печи (100—200 В, 40—90 кА). Реакция протекает по уравнению:

СаО + 3С = СаС₂ + СО

Процесс требует большой затраты электроэнергии (хотя он и не является электролизом, а всего лишь электротермолизом). Образующийся одновременно с твердым СаС₂ отходящий газ (82 °/о СО, 8—10 % Н₂, остальное — Ы₂) используется подобно синтез-газу и горючему газу.

Свойства. В чистом виде — белые кристаллы, технический продукт окрашен в цвета от серого до коричневого (содержит 80—85 % СаС₂, остальное СаО, Са₃Р₂, СаS, Са₃N₂, SiC и др.). Водой гидролизуется до ацетилена: СаС₂ + 2Н₂О = С₂Н₂ + Са(ОН)₂

Хотя сам по себе ацетилен не имеет запаха, однако выделяющийся газ обладает стойким «карбидным» запахом из-за примесей РНз, NН₃ и Н₂S. Карбид кальция СаС₂ следует хранить в герметически закрытой таре, поскольку гидролиз и образование ацетилена протекают даже во влажном воздухе.

Применение. Сырье для получения цианамида кальция, ацетилена и других технически важных органических продуктов.

Фторид кальция СаF₂— белый, нерастворимый в воде порошок, т. пл. 1403°С. С концентрированной серной кислотой образует фтороводород: СаF₂ + Н₂SО₄ = СаSО₄ + 2НF.

В природе встречается в виде минерала флюорита (плавикового шпата) — обычно больших кристаллов, которые за счет примесей могут иметь желтую, зеленую и фиолетовую окраску.

Фторид кальция — сырье для всей химии фтора, применяется также в качестве флюса в черной и цветной металлургии.

Хлорид кальция СаСl — очень гигроскопичное, легко растворимое в воде твердое вещество, т. пл. 772°С. В лаборатории используется как водопоглощающее средство, для осушки жидкостей и газов. Побочный продукт производства соды.

Сульфид кальция СаS в технике получают прокаливанием сульфата кальция с углем, используют для удаления волосяного покрова шкур перед дублением кож.

Полусульфиды кальция Са(S_n)—от Са(S₂) до Са(S₅)—получают при длительном кипячении известкового молока с серой, используют как пестицидный препарат для борьбы с мучнистой росой, против клещей и др.

Нитрат кальция Са(NО₃)₂, тривиальное название кальциевая, или известковая, селитра, обычно кристаллизуется из воды в виде кристаллогидрата Са(NO₃)₂*4H₂O. Это белый гигроскопичный кристаллический порошок.

В природе кристаллогидрат Са(NO₃)2*4H₂O встречается в виде минерала нитрокальцита.

Известковые удобрения — соединения кальция СаСО₃, Са(ОН)₂, СаО и СаСN₂ (цианамид кальция), а также смеси СаО + СаС0₃, суперфосфат и томасова мука. В качестве известковых удобрений используют как природные материалы (известняк, доломит, мел, туф и др.), так и продукты их переработки (негашеная и гашеная известь). Применяют для известкования почв с целью снижения их кислотности и обогащения кальцием.

Свойства других солей кальция см. в разделах, посвященных соответствующим кислотам.

ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ

Причина жесткости. Жесткость воды обусловлена наличием ионов Са²⁺ и Мg²⁺. Чем выше их содержание в природной воде (вода, прошедшая через известковые горные породы и почвы), тем больше ее жесткость. Природная вода, вытекающая из первичных или маловыветренных горных пород, обычно такая же мягкая, как дождевая вода и промышленный конденсат (дистиллированная вода).

Степень жесткости. Количественно жесткость воды характеризуют через суммарное содержание ионов Са²⁺ и Мg²⁺, выраженное в ммоль/л. По жесткости все природные воды делятся на мягкие (общая жесткость менее 2 ммоль/л) и жесткие со средней степенью жесткости (2—10 ммоль/л) и высокой степенью жесткости (более 10 ммоль/л).

Виды жесткости. Различают общую жесткость, которая складывается из временной и постоянной жесткости.

Временная жесткость (устранимая, или карбонатная жесткость) удаляется кипячением воды. Эта жесткость вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов Са(НСО₃)₂ и Мg(НСО₃)₂ и количественно равна концентрации ионов Са²⁺ и Мg²⁺, которая соответствует удвоенной концентрации гидрокарбонат-ионов НСО₃^-.

Постоянная жесткость (неустранимая, или некарбонатная, жесткость) сохраняется при кипячении воды. Количественно она равна концентрации ионов Са²⁺ и Мg²⁺ за вычетом временной жесткости. В качестве анионов можно выбрать (произвольно и условно) ионы SО₄^2-, хотя в воде могуттакже находиться хлориды, нитраты, различные силикаты и фосфаты магния и кальция. Обычно постоянную жесткость характеризуют содержанием СаSО₄ и МgSО₄, поэтому ее называют сульфатной жесткостью.

Проявление жесткости. На внутренних стенках паровых котлов и трубопроводов из жесткой воды осаждаются твердые соли, в основном карбонат и сульфат кальция — накипь. Она имеет плохую теплопроводность, потому вызывает местный перегрев стенок котла и коррозию материала стенок. Случайное отделение части накипи от раскаленной стенки может вызвать быстрое испарение воды и взрыв котла.

При стирке белья в жесткой воде увеличивается расход мыла, что обусловлено образованием нерастворимых органических солей кальция и магния, например:

2Nа(С1₇Н₃₅СОО) + Са(НСО₃)₂ = Са(С₁₇Н₃₅СОО)₂ + 2NаНСО₃

Кроме перерасхода мыла, при стирке в жесткой воде на ткани осаждаются кальциево-магниевые соли, которые ухудшают ее свойства и вызывают появление затхлого запаха. Поэтому для стирки мылом в жестком воде требуется предварительное умягчение воды (устранение жесткости воды). Синтетические моющие средства обеспечивают эффективный и экономичный процесс стирки в мягкой и жесткой воде, так как они не образуют нерастворимых солей кальция и магния.

В жесткой воде плохо развариваются стручковые овощи, поскольку пектин образует на стенках клеток нерастворимые соединения с ионами кальция и магния.

Умягчение воды. Устранение жесткости воды заключается в удалении из нее ионов Са²⁺ и Мg²⁺. Кипячением воды устраняется только временная жесткость; гидрокарбонаты кальция или магния переходят в малорастворимые карбонаты и таким образом выводятся из воды:

Са(НСО₃)₂ = СаСO_3(т) + Н₂О + СО₂

При введении в воду некоторых реагентов (карбоната натрия, гидроксида кальция, ортофосфата натрия, тетрабората натрия и др.) устраняется вся жесткость, например:

Са(НСO₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2СаСO_3(т) + 2Н₂О

MgSO₄ + Nа₂СO₃ = MgCO₃₍_T) + Na₂SO₄

3СаS0₄ + 2Nа₃РO₄ = Са₃(РО₄)₂₍_T) + 3Na₂SO₄

Ортофосфаты менее растворимы, чем карбонаты, поэтому лучшее умягчение достигается с помощью реагента К₃РО₄.

Современный способ умягчения воды основан на использовании ионообменных смол — ионитов (катеонитов и анионитов). Через трубчатый обменник, заполненный смолой в Nа⁺ – форме, пропускают жесткую воду, при этом ионы Са²⁺ и Мg²⁺ эквивалентно замещают ионы Nа⁺ в смоле. Ионит периодически регенерируют, промывая его концентрированным раствором хлорида натрия. Умягчение воды при стирке проводят с помощью комплексообразующих ионитов (полифосфатов натрия, метафосфатов натрия). Ионы Са²⁺ и Мg²⁺ связываются в устойчивые комплексы и становятся инертными по отношению к мылу.

Дата добавления: 2018-10-25; просмотров: 290; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!