- Structure
- Nomenclature
- Propriétés
- État physique
- Poids moléculaire
- Point de fusion
- Point d'ébullition
- Densité
- Propriétés chimiques
- Obtention
- Applications
- Dans la production d'acétylène
- En réduisant les émissions de CO
- Pour obtenir du cyanamide calcique
- Dans l'industrie métallurgique
- Dans diverses utilisations
- Utilisation interrompue
- Des risques
- Références
Le carbure de calcium est un composé inorganique constitué des éléments calcium (Ca) et carbone (C). Sa formule chimique est CaC 2. C'est un solide qui peut être incolore à blanc jaunâtre ou grisâtre, voire noir selon les impuretés qu'il contient.
L'une de ses réactions chimiques les plus importantes du CaC 2 est celle qui se produit avec l'eau H 2 O, dans laquelle il forme de l'acétylène HC≡CH. Pour cette raison, il est utilisé pour obtenir de l'acétylène de manière industrielle. En raison de la même réaction avec l'eau, il est utilisé pour faire mûrir les fruits, dans de faux canons et dans des fusées éclairantes navales.
Carbure de calcium solide CaC 2. Ondřej Mangl / Domaine public. Source: Wikimedia Commons.
La réaction du CaC 2 avec l'eau produit également une boue utile pour la préparation du clinker (un composant du ciment), qui produit moins de dioxyde de carbone (CO 2) par rapport à la méthode traditionnelle de production de ciment.
Avec l'azote (N 2), le carbure de calcium forme du cyanamide de calcium, qui est utilisé comme engrais. Le CaC 2 est également utilisé pour éliminer le soufre de certains alliages métalliques.
Il y a quelque temps, le CaC 2 était utilisé dans les lampes dites au carbure, mais celles-ci ne sont plus très courantes car elles sont dangereuses.
Structure
Le carbure de calcium est un composé ionique composé de l'ion calcium Ca 2+ et de l'ion carbure ou acétylure C 2 2-. L'ion carbure est composé de deux atomes de carbone reliés par une triple liaison.
Structure chimique du carbure de calcium. Auteur: Hellbus. Source: Wikimedia Commons.
La structure cristalline du CaC 2 est dérivée de la structure cubique (comme celle du chlorure de sodium NaCl), mais lorsque l'ion C 2 2- est allongé, la structure se déforme et devient tétragonale.
Nomenclature
- Carbure de calcium
- Carbure de calcium
- Acétylure de calcium
Propriétés
État physique
Solide cristallin qui, lorsqu'il est pur, est incolore, mais s'il est contaminé par d'autres composés, il peut être blanc jaunâtre ou grisâtre à noir.
Carbure de calcium CaC 2 avec impuretés. Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Source: Wikimedia Commons.
Poids moléculaire
64,0992 g / mol
Point de fusion
2160 ºC
Point d'ébullition
CaC 2 bout à 2300 ° C avec décomposition. Le point d'ébullition doit être mesuré sous atmosphère inerte, c'est-à-dire sans oxygène ni humidité.
Densité
2,22 g / cm 3
Propriétés chimiques
Le carbure de calcium réagit avec l'eau pour former de l'acétylène HC≡CH et de l'hydroxyde de calcium Ca (OH) 2:
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
L'acétylène est inflammable, donc en présence d'humidité, le CaC 2 peut être inflammable. Cependant, lorsqu'il est sec, ce n'est pas le cas.
Le carbure de calcium CaC 2 avec l'eau forme de l'acétylène HC≡CH, un composé inflammable. Kristina Kravets / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Source: Wikimedia Commons.
Le carbure de calcium réagit avec l'azote N 2 pour former du cyanamide de calcium CaCN 2:
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
Obtention
Le carbure de calcium est produit industriellement dans un four électrique à arc à partir d'un mélange de carbonate de calcium (CaCO 3) et de carbone (C) soumis à une température de 2000 ° C. La réaction est résumée comme ceci:
CaCO 3 + 3 C → CaC 2 + CO ↑ + CO 2 ↑
Ou aussi:
CaO + 3 C → CaC 2 + CO ↑
Dans un four à arc électrique, un arc électrique est produit entre deux électrodes en graphite, qui résistent aux températures élevées qui se forment. On obtient un carbure de calcium d'une pureté de 80 à 85%.
Applications
Dans la production d'acétylène
Industriellement, la réaction du carbure de calcium avec l'eau est utilisée pour produire de l'acétylène C 2 H 2.
CaC 2 + 2 H 2 O → HC≡CH + Ca (OH) 2
Il s'agit de l'utilisation la plus importante du carbure de calcium. Dans certains pays, l'acétylène est très apprécié, car il permet la production de polychlorure de vinyle, qui est un type de plastique. De plus, l'acétylène est utilisé pour le soudage à haute température.
Flamme d'acétylène HC≡CH pour le soudage des métaux à très hautes températures. Auteur: Shutterbug75. Source: Pixabay.
En réduisant les émissions de CO
Les restes issus de l'obtention d'acétylène à partir de CaC 2 (également appelés «boues de carbure de calcium» ou «résidus de carbure de calcium») sont utilisés pour obtenir du clinker ou du béton.
La boue de carbure de calcium a une teneur élevée en hydroxyde de calcium (Ca (OH) 2) (environ 90%), un peu de carbonate de calcium (CaCO 3) et a un pH supérieur à 12.
Les résidus de carbure de calcium peuvent être utilisés dans l'activité de construction pour préparer le béton, réduisant ainsi la génération de CO 2 dans cette industrie. Auteur: Engin Akyurt. Source: Pixabay.
Pour ces raisons, il peut réagir avec SiO 2 ou Al 2 O 3, formant un produit similaire à celui obtenu par le procédé d'hydratation du ciment.
L’ industrie de la construction est l’une des activités humaines qui produit le plus d’émissions de CO 2. Le CO 2 est généré en étant libéré du carbonate de calcium lors de la réaction pour former du béton.
L'utilisation de boues de carbure de calcium pour remplacer le carbonate de calcium (CaCO 3) a permis de réduire les émissions de CO 2 de 39%.
Pour obtenir du cyanamide calcique
Le carbure de calcium est également utilisé industriellement pour obtenir le cyanamide de calcium CaCN 2.
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
Le cyanamide de calcium est utilisé comme engrais, car avec l'eau du sol, il se transforme en cyanamide H2N = C = N, qui fournit de l'azote aux plantes, un nutriment essentiel pour elles.
Dans l'industrie métallurgique
Le carbure de calcium est utilisé pour éliminer le soufre des alliages tels que le ferronickel. Le CaC 2 est mélangé à l'alliage fondu à 1550 ° C. Le soufre (S) réagit avec le carbure de calcium et produit du sulfure de calcium CaS et du carbone C:
CaC 2 + S → 2 C + CaS
L'élimination du soufre est favorisée si le mélange est efficace et si la teneur en carbone de l'alliage est faible. Le sulfure de calcium CaS flotte à la surface de l'alliage fondu d'où il est décanté et jeté.
Dans diverses utilisations
Le carbure de calcium a été utilisé pour éliminer le soufre du fer. Aussi comme carburant dans la production d'acier et comme puissant désoxydant.
Il est utilisé pour faire mûrir les fruits. L'acétylène est généré à partir de carbure de calcium avec de l'eau, ce qui induit la maturation des fruits, comme les bananes.
Les bananes peuvent être mûries avec du carbure de calcium CaC 2. Auteur: Alexas Fotos. Source: Pixabay.
Le carbure de calcium est utilisé dans les pistolets factices pour provoquer le bruit de détonation qui les caractérise. Ici aussi, la formation d'acétylène est utilisée, qui explose avec une étincelle à l'intérieur de l'appareil.
Le CaC 2 est utilisé pour générer des signaux au large des fusées éclairantes navales à allumage automatique.
Utilisation interrompue
Le CaC 2 a été utilisé dans des lampes dites au carbure. Leur fonctionnement consiste à faire couler de l'eau sur le carbure de calcium pour former de l'acétylène qui s'enflamme et fournit ainsi de la lumière.
Ces lampes ont été utilisées dans les mines de charbon, mais leur utilisation a été interrompue en raison de la présence de gaz méthane CH 4 dans ces mines. Ce gaz est inflammable et la flamme de la lampe au carbure peut provoquer son inflammation ou son explosion.
Lampe au carbure de calcium CaC 2. SCEhardt / Domaine public. Source: Wikimedia Commons.
Ils étaient largement utilisés dans les mines d'ardoise, de cuivre et d'étain, ainsi que dans les premières automobiles, motos et bicyclettes, comme phares ou phares.
Actuellement, ils ont été remplacés par des lampes électriques ou même des lampes LED. Cependant, ils sont toujours utilisés dans des pays comme la Bolivie, dans les mines d'argent de Potosí.
Des risques
Le carbure de calcium sec CaC 2 n'est pas inflammable mais en présence d'humidité, il forme rapidement de l'acétylène, ce qu'il est.
Pour éteindre un incendie en présence de CaC 2, n'utilisez jamais d'extincteurs à eau, mousse, dioxyde de carbone ou halogène. Du sable ou de l'hydroxyde de sodium ou de calcium doivent être utilisés.
Références
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- Nie, Z. (2016). Eco-matériaux et analyse du cycle de vie. Étude de cas: Analyse des émissions de CO 2 du clinker de boue de carbure de calcium. Dans la fabrication verte et durable de matériaux avancés. Récupéré de sciencedirect.com.
- Crundwell, FK et coll. (2011). Raffinage du ferronickel fondu. Élimination du soufre. Dans la métallurgie extractive des métaux du groupe du nickel, du cobalt et du platine. Récupéré de sciencedirect.com.
- Tressler, RE (2001). Céramiques structurelles et thermostructurales. Carbures. Dans Encyclopédie de la science et de la technologie des matériaux. Récupéré de sciencedirect.com.
- Cotton, F. Albert et Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie inorganique avancée. Quatrième édition. John Wiley et fils.