Калциум оксид

Калциум оксид (CaO), попознат како негасена вар — широко употребувано хемиско соединение. Тоа е бела, каустична, алкална, кристална цврста материја на собна температура. Широко користениот термин „''вар''“ конотира неоргански материјали што содржат калциум, во кои доминираат карбонати, оксиди и хидроксиди на калциум, силициум, магнезиум, алуминиум и железо. Спротивно на тоа, ''живата вар'' конкретно се однесува на едно хемиско соединение калциум оксид. Калциум оксидот кој ја преживува обработката без да реагира во градежни производи како што е цементот се нарекува слободна вар.
Брзата вар е релативно евтина. И тој и хемискиот дериват калциум хидроксид (од кој варниот вар е основен анхидрид) се важни хемикалии.
1 Подготовка
Калциум оксидот обично се добива со топлинско разложување на материјали, како што се варовник или морски школки, кои содржат калциум карбонат (CaCO<sub>3</sub>; минерал калцит) во варовна печка. Ова се постигнува со загревање на материјалот до над , процес наречен калцинирање или ''согорување на вар'', за ослободување на молекула на јаглерод диоксид (CO<sub>2</sub>), оставајќи зад себе жив вар. Ова е исто така една од ретките хемиски реакции познати во праисторијата.: CaCO <sub>3</sub> (s) → CaO(s) + CO<sub>2</sub> (g)
Живата вар не е стабилна и, кога ќе се олади, спонтано ќе реагира со CO<sub>2</sub> од воздухот сè додека, по доволно време, целосно не се претвори во калциум карбонат, освен ако не е гасена со вода за да се стегне како варов малтер или варов малтер.
Годишното светско производство на вар е околу 283 милиони тони. Кина е убедливо најголемиот светски производител, со вкупно околу 170 милиони тони годишно. Соединетите Американски Држави се следните по големина, со околу 20 милиони тони годишно.
Приближно 1,8t варовник е потребен по 1,0т жива вар. Брзата вар има висок афинитет за вода и е поефикасен десикант од силика гелот. Реакцијата на жива вар со вода е поврзана со зголемување на волуменот за фактор од најмалку 2,5.
2 Употреба
* Главната употреба на живата вар е во процесот на производство на основен кислороден челик (БОС). Неговата употреба варира од околу 30-50 кг по тон челик. Живата вар ги неутрализира киселите оксиди, SiO<sub>2</sub>, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> и Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, за да произведе основна стопена згура.* Мелената жива вар се користи за производство на блокови од газобетон, со густина од околу. 0.6–1.0 g/cm.* Брзата вар и хидрираната вар може значително да ја зголемат носивоста на почвите што содржат глина. Тие го прават тоа така што реагираат со ситно поделена силициум диоксид и алумина за да произведат калциум силикати и алуминати, кои поседуваат цементни својства.* Мали количества жива вар се користат во други процеси; на пример, производство на стакло, калциум алуминат цемент и органски хемикалии.* Топлина: Брзата вар ослободува топлинска енергија со формирање на хидрат, калциум хидроксид, со следнава равенка::: CaO (s) + H<sub>2</sub>O (l) ⇌ Ca(OH) <sub>2</sub> (aq) (ΔH <sub>r</sub> = -63,7kJ/mol на CaO)
: Како што се хидрира, доаѓа до егзотермна реакција и цврстото се издува. Хидратот може повторно да се претвори во жива вар со отстранување на водата со загревање до црвенило за да се промени реакцијата на хидратација. Еден литар вода се комбинира со приближно 3,1 кг жива вар за да се добие калциум хидроксид плус 3,54 МЈ енергија. Овој процес може да се користи за да се обезбеди удобен пренослив извор на топлина, како за загревање на храната на самото место во самозагревачка конзерва, готвење и загревање на вода без отворен пламен. Неколку компании продаваат комплети за готвење користејќи го овој метод на загревање.* Познат е како додаток на храна на ФАО како регулатор на киселоста, средство за третман на брашно и како квасец. Има Е број E529 .
* Светлина: кога живата вар се загрева до , емитува интензивен сјај. Овој облик на осветлување е познат како центар на вниманието и се користел нашироко во театарските продукции пред пронаоѓањето на електричното осветлување.* Цемент: Калциум оксидот е клучна состојка за процесот на правење цемент.
* Како евтин и широко достапен алкал. Околу 50% од вкупното производство на жива вар се претвора во калциум хидроксид пред употреба. И брзата и хидрираната вар се користат за третман на вода за пиење.* Нафтена индустрија: Пастите за откривање вода содржат мешавина од калциум оксид и фенолфталеин. Доколку оваа паста дојде во контакт со вода во резервоар за складирање гориво, CaO реагира со водата и формира калциум хидроксид. Калциум хидроксид има доволно висока pH вредност за да го претвори фенолфталеинот во живописно-розова боја, што укажува на присуство на вода.
* Хартија: Калциум оксидот се користи за регенерирање на натриум хидроксид од натриум карбонат во хемиското обновување во мелниците за пулпа Крафт.
* Гипс: Постојат археолошки докази дека луѓето од пред-грнчарскиот неолитски Б период користеле малтер на база на варовник за подови и други намени. Таквиот под од варовник останал во употреба до крајот на деветнаесеттиот век.
* Хемиско производство или производство на електрична енергија: Цврсти спрејови или кашеста маса од калциум оксид може да се користат за отстранување на сулфур диоксид од издувните текови во процес наречен десулфуризација на димни гасови.
* Рударство: ''Касетите со компримирана вар'' ги искористуваат егзотермните својства на живата вар за кршење на карпите. Во карпата на вообичаен начин се пробива дупка за шут и внатре се става затворена патрона од жив вар и се забива. Потоа се вбризгува количество вода во патронот и добиеното ослободување на пареа, заедно со поголемиот волумен на преостанатата хидрирана цврста материја, ја распаѓа карпата. Методот не функционира ако карпата е особено тврда.* Отстранување на трупови: Историски, погрешно се верувало дека живиот вар е ефикасен во забрзувањето на распаѓањето на трупови. Примената на жива вар, всушност, може да промовира зачувување. Брзата вар може да помогне во искоренувањето на смрдеата на распаѓање, што можеби ги навело луѓето до погрешен заклучок.* Утврдено е дека издржливоста на античкиот римски бетон делумно се припишува на употребата на жива вар како состојка. Во комбинација со врело мешање, живата вар создава макрозирани варови со карактеристична кршлива архитектура на нано честички. Како што се формираат пукнатини во бетонот, тие претпочитано минуваат низ структурно послабите варови класти, кршејќи ги. Кога водата влегува во овие пукнатини, создава раствор заситен со калциум кој може да се рекристализира како калциум карбонат, брзо пополнувајќи ја пукнатината.
2.1 Оружје
Во 80 п.н.е., римскиот генерал Серториј распоредил задушувачки облаци од каустичен вар во прав за да ги порази Чарацитани од Хиспанија, кои се засолниле во недостапни пештери. Слична прашина се користела во Кина за да се задуши вооружениот селански бунт во 178 н.е., кога ''варните коли'' опремени со мевови дувале варовнички прав во толпата.
Се смета дека варот бил дел од грчкиот оган. При контакт со вода, живата вар би ја зголемила својата температура над .
Дејвид Хјум, во својата ''Историја на Англија'', раскажува дека на почетокот на владеењето на Хенри III, англиската морнарица уништила напаѓачка француска флота со заслепување на непријателската флота со жива вар. Веројатно варењето се користело во средновековната поморска војна - до употребата на „варовни минофрлачи“ за фрлање на непријателските бродови.
2.2 Замени
Варовникот е замена за вар во многу апликации, кои вклучуваат земјоделство, флуксирање и отстранување на сулфур. Варовникот, кој содржи помалку реактивен материјал, реагира побавно и може да има други недостатоци во споредба со вар, во зависност од примената; сепак, варовникот е значително поевтин од вар. Калцинираниот гипс е алтернативен материјал во индустриските малтери и малтери. Цемент, прашина од цементна печка, летечка пепел и прашина од вар печка се потенцијални замени за некои градежни употреби на вар. Магнезиум хидроксид е замена за вар во pH контролата, а магнезиум оксидот е замена за доломитската вар како флукс во производството на челик.
3 Безбедност
Поради силната реакција на живата вар со вода, живата вар предизвикува силна иритација кога се вдишува или се става во контакт со влажна кожа или очи. Вдишувањето може да предизвика кашлање, кивање и отежнато дишење. Потоа може да еволуира во изгореници со перфорација на носната преграда, абдоминална болка, гадење и повраќање. Иако живиот вар не се смета за опасност од пожар, неговата реакција со вода може да ослободи доволно топлина за да ги запали запаливите материјали.
4 Минерал
Калциум оксидот е исто така посебен минерален вид (со единечна формула CaO), наречен „Вар“. Има изометриски кристален систем и може да формира серија на цврсти раствори со монтепонит. Кристалот е кршлив, пирометаморфен и е нестабилен на влажен воздух, брзо се претвора во портландит (Ca(OH)<sub>2</sub>).