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氧化鈣
化合物 来自维基百科，自由的百科全书
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氧化鈣，俗稱生石灰或石灰，化學式CaO，是常見的無機化合物。
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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]：
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製備
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]
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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]
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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