Оксид и гидроксид кальция

Процессы глобализации, захватывающие население Земли, вынуждают человеческое общество создавать новую искусственную среду обитания – мегаполисы, все больше напоминающие гигантские пчелиные соты, стремительно растущие ввысь. Строительная индустрия становится одной из самых перспективных и выгодных отраслей производства, требуя для своих нужд наиболее дешевое и легкодоступное строительное сырье. Поэтому ежегодно во всем мире увеличивается добыча известняка, мела и портландита. Многотонные грузы горнодобывающей промышленности перерабатываются химическими предприятиями. В результате получают оксид кальция, гидроксид кальция и их соли, которые затем используют в строительстве.

Пригородные источники карбонатов

Оксид кальция – CaO - является исходным веществом в цепи получения важнейших строительных материалов, таких как гидроксид кальция, портландцемент, силикатный бетон. Для его производства используют широко распространенные на Земле осадочные породы, например, такие как известняк и мел, являющиеся природными разновидностями карбоната кальция.

Мудрая природа в течение миллионов лет трудилась, откладывая и сохраняя отмершие остатки водорослей, раковины двустворчатых и брюхоногих моллюсков, известковые скелеты колониальных морских животных – мшанок. Затем все это склеивалось частицами ила. Таким образом сформировались массивы осадочных пород в Крыму, Молдове, Казахстане, странах Средиземного моря, возраст которых датируется меловым периодом Мезозойской эры.

Названий много, а вещество одно

Чем старше возраст используемого человеком химического соединения, тем больше у него появляется различных названий. Кипелка, негашёная известь, жженая известь – все эти слова относятся к одному соединению – CaO. Кипелкой его называют потому, что в реакции с водой оксид кальция кипит, выделяя водяной пар, и смесь сильно разогревается. Это химическое соединение можно погасить водой и получить гашеную известь – гидроксид кальция, также имеющий название «пушонка» или «известковое тесто». Если же вещество не взаимодействует с водой, то имеет название «негашёная известь». Раствор гидроксида кальция называют известковым молоком. Термин «жженая известь» указывает на способ получения: выжиганием известняка или мела.

Промышленное производство соединений кальция

Технология выжигания известняка практически не изменилась со времен постройки пирамид в Гизе и сооружения первых православных храмов из «белого камня» на Руси. Белым камнем наши прародители называли известняк и портландит – минерал, содержащий гидроксид кальция. В специальных шахтных печах сырье и топливо, например, антрацит или кокс, загружают слоями и поджигают снизу. Важную роль в технологическом процессе играет вентиляция, она должна быть непрерывной. Это способствует удалению ненужного диоксида углерода и снижению температуры реакции что немаловажно с точки зрения экономичности и безопасности работы шахтной печи.

Продукт выжигания известняка CaO представляет собой белое, очень тугоплавкое кристаллическое вещество, температура плавления которого составляет 2627 °C. Он служит исходным материалом, из которого можно получить гидроксид кальция.

Ранее мы уже упоминали специфическую особенность CaO: если куски этого соединения залить водой, то происходит сильное разогревание и шипение. На глазах плотные куски превращаются в рыхлый порошок белого цвета – гидроксид кальция. Уравнение экзотермической реакции:

CaO+H₂O =Ca(OH)₂ ∆H= -64 кДж

Именно этой особенностью и объясняется название «пушонка», используемое в строительстве.

Осторожность не помешает

Прежде чем перейти к рассмотрению областей применения этих соединений кальция, самое время напомнить, что в классификационной таблице вредных химических веществ они находятся в 3 классе опасности. Это жидкости и суспензии (растворы твердых веществ с низкой растворимостью), выделяющие легковоспламеняющиеся пары, имеющие температуру вспышки 61°C и ниже. Поэтому в химических лабораториях гидроксид кальция хранят в специальных сейфах. Так как раствор обладает сильнощелочной реакцией и его рН>12, категорически запрещено попадание капель вещества на слизистую глаз, кожу лица и рук.

Если все же это произошло, следует немедленно промыть пораженный участок под струей холодной воды в течение 5-10 минут. Затем обработать его физиологическим (изотоническим) 0,9% раствором хлорида натрия NaCl или 1% раствором аскорбиновой кислоты. Если использовать во время работы защитные очки и перчатки, это может повысить безопасность и сохранить здоровье.

Применение гидроксида кальция в строительстве

Известковый строительный раствор (или, проще говоря, известь) используется в строительстве очень давно. Еще в цивилизациях ацтеков и майя, в период расцвета Вавилонского царства, древние зодчие применяли смесь извести, песка и воды для строительной кладки, связывая ею кирпичи и целые блоки, вытесанные из гранита или мрамора. Очень пластичное, жирное на ощупь известковое тесто, представляющее собой смесь Ca(OH)₂ и воды в пропорции 1:3, используется для санации архитектурных композиций Москвы, Санкт-Петербурга и городов Золотого Кольца России. Реставрационные работы, выполняемые при очень сильных повреждениях исторических памятников, также не обходятся без использования известкового теста.

Другие отрасли применения соединений кальция

Хотя приоритетной отраслью, использующей соединения кальция, можно считать строительство, тем не менее, интересно и необычно применение их в других областях человеческий жизни.

Так, (CaOH)₂ используется как пищевая добавка E 526. Например, в каждом килограмме сливочного масла присутствует 2 г этого соединения, выполняющего роль эмульгатора и регулятора кислотности, то есть предохраняющего пищевой продукт от быстрой порчи вследствие окисления. E 526 добавляют с такой же целью в фруктовые соки, вино, замороженные овощи, вяленую рыбу.

Врачи-стоматологи используют Ca(OH)₂ в составе временных или постоянных пломб, а бактерицидные свойства позволяют применять его в качестве внутриканального наполнителя, а также для профилактики и лечения кариозных полостей.

Незаменима гашеная известь для удаления карбонатной жесткости питьевой воды, обусловленной присутствием в ней растворимых гидрокарбонатов. Их реакции с гидроксидом кальция в молекулярной и ионной форме имеют такой вид:

Ca(HCO₃)₂+Ca(OH)₂ = 2CaCO₃↓+2H₂O

Ca²⁺+2HCO₃^- + Ca(OH)₂ →CaCO₃↓+2H₂O

Научно-технический прогресс не стоит на месте. С каждым годом ученые изобретают все больше новых и современных материалов на основе соединений кальция, например, композитов, обладающих более ценными качествами и свойствами.