El carburo de calcio , también conocido como acetiluro de calcio , es un compuesto químico con la fórmula química de Ca C 2 . Su principal uso industrial es en la producción de acetileno y cianamida cálcica . [3]
El material puro es incoloro, mientras que los trozos de carburo de calcio de calidad técnica son grises o marrones y constan de aproximadamente un 80-85 % de CaC 2 (el resto es CaO ( óxido de calcio ), Ca 3 P 2 ( fosfuro de calcio ), CaS ( sulfuro de calcio ), Ca 3 N 2 ( nitruro de calcio ), SiC ( carburo de silicio ), etc.). En presencia de trazas de humedad, el carburo de calcio de calidad técnica emite un olor desagradable que recuerda al ajo. [4]
Las aplicaciones del carburo de calcio incluyen la fabricación de gas acetileno , la generación de acetileno en lámparas de carburo , la fabricación de productos químicos para fertilizantes y la fabricación de acero.
El carburo de calcio se produce industrialmente en un horno de arco eléctrico a partir de una mezcla de cal y coque a aproximadamente 2200 °C (3990 °F). [5] Esta es una reacción endotérmica que requiere 110 kilocalorías (460 kJ) por mol [6] y altas temperaturas para eliminar el monóxido de carbono. Este método no ha cambiado desde su invención en 1892:
La alta temperatura requerida para esta reacción no se puede alcanzar prácticamente mediante la combustión tradicional, por lo que la reacción se realiza en un horno de arco eléctrico con electrodos de grafito . El producto de carburo producido contiene generalmente alrededor de un 80% en peso de carburo de calcio. El carburo se tritura para producir pequeños trozos que pueden variar desde unos pocos mm hasta 50 mm. Las impurezas se concentran en las fracciones más finas. El contenido de CaC 2 del producto se analiza midiendo la cantidad de acetileno producido en la hidrólisis . A modo de ejemplo, los estándares británico y alemán para el contenido de las fracciones más gruesas son 295 L/kg y 300 L/kg respectivamente (a 101 kPa de presión y 20 °C (68 °F) de temperatura). Las impurezas presentes en el carburo incluyen fosfuro de calcio , que produce fosfina cuando se hidroliza. [7]
Esta reacción fue una parte importante de la revolución industrial de la química y fue posible en los Estados Unidos gracias a las enormes cantidades de energía hidroeléctrica económica producida en las Cataratas del Niágara antes de principios del siglo XX. [8] El método del horno de arco eléctrico fue descubierto en 1892 por TL Willson , e independientemente en el mismo año por H. Moissan . [9] [10] [11] En Jajce , Bosnia y Herzegovina , el industrial austriaco Josef Kranz y su empresa "Bosnische-Elektrizitäts AG" , cuyo sucesor más tarde se convirtió en "Elektro-Bosna" , abrieron la mayor fábrica química para la producción de carburo de calcio en aquel momento en Europa en 1899. Para suministrar electricidad a la fábrica se construyó una central hidroeléctrica en el río Pliva con una capacidad instalada de 8 MW, la primera central de este tipo en el sudeste de Europa, que entró en funcionamiento el 24 Marzo de 1899. [12]
El carburo de calcio puro es un sólido incoloro. La forma cristalina común a temperatura ambiente es una estructura de sal de roca distorsionada con las unidades de C 2 2 − paralelas. [13] Hay tres polimorfos diferentes que aparecen a temperatura ambiente: la estructura tetragonal y dos estructuras monoclínicas diferentes. [1]
La reacción del carburo de calcio con agua, produciendo acetileno e hidróxido de calcio , [5] fue descubierta por Friedrich Wöhler en 1862.
Esta reacción fue la base de la fabricación industrial del acetileno y constituye el principal uso industrial del carburo de calcio.
Hoy en día, el acetileno se produce principalmente mediante la combustión parcial de metano o aparece como un subproducto en la corriente de etileno procedente del craqueo de hidrocarburos. De esta forma se producen aproximadamente 400.000 toneladas al año (ver preparación de acetileno ).
En China, el acetileno derivado del carburo de calcio sigue siendo una materia prima para la industria química , en particular para la producción de cloruro de polivinilo . El acetileno producido localmente es más económico que utilizar aceite importado. [14] La producción de carburo de calcio en China ha ido aumentando. En 2005 la producción fue de 8,94 millones de toneladas, con capacidad para producir 17 millones de toneladas. [15]
En Estados Unidos, Europa y Japón, el consumo de carburo de calcio está disminuyendo en general. [16] Los niveles de producción en Estados Unidos durante la década de 1990 fueron de 236.000 toneladas por año. [13]
El carburo de calcio reacciona con nitrógeno a alta temperatura para formar cianamida cálcica : [5]
Comúnmente conocida como nitrolima , la cianamida cálcica se utiliza como fertilizante. Se hidroliza a cianamida , H 2 NCN. [5]
El carburo de calcio se utiliza:
El carburo de calcio se utiliza en lámparas de carburo . El agua que gotea sobre el carburo produce gas acetileno, que arde y produce luz. Si bien estas lámparas daban una luz más estable y brillante que las velas, eran peligrosas en las minas de carbón , donde el gas metano inflamable las convertía en un peligro grave. La presencia de gases inflamables en las minas de carbón dio lugar a lámparas de seguridad para mineros como la lámpara Davy , en la que una malla metálica reduce el riesgo de ignición del metano. Las lámparas de carburo todavía se usaban ampliamente en minas de pizarra , cobre y estaño , donde el metano no representa un peligro grave. La mayoría de las lámparas de minero han sido reemplazadas por lámparas eléctricas .
Las lámparas de carburo todavía se utilizan para la minería en algunos países menos ricos, por ejemplo en las minas de plata cerca de Potosí , Bolivia . Algunos espeleólogos que exploran cuevas y otras áreas subterráneas también siguen utilizando lámparas de carburo , [17] aunque cada vez más están siendo reemplazadas en este uso por luces LED .
Las lámparas de carburo también se utilizaron ampliamente como faros en los primeros automóviles, motocicletas y bicicletas, pero han sido reemplazadas por lámparas eléctricas. [18]
El carburo de calcio se utiliza a veces como fuente de acetileno, que, al igual que el gas etileno , es un agente de maduración . [19] Sin embargo, esto es ilegal en algunos países ya que, en la producción de acetileno a partir de carburo de calcio, la contaminación a menudo conduce a la producción de trazas de fosfina y arsina . [20] [21] Estas impurezas se pueden eliminar haciendo pasar el gas acetileno a través de una solución acidificada de sulfato de cobre , pero, en los países en desarrollo, esta precaución a menudo se descuida.
El carburo de calcio se utiliza en cañones de juguete como el Big-Bang Cannon , así como en cañones de bambú . En los Países Bajos, el carburo de calcio se utiliza alrededor del año nuevo para disparar con las lecheras. [22]
El carburo de calcio, junto con el fosfuro de calcio , se utiliza en bengalas de señales navales flotantes y autoinflamables , como las producidas por la Asociación de Protección de la Vida Marina de Holmes .
El carburo de calcio se utiliza para determinar el contenido de humedad del suelo. Cuando el suelo y el carburo de calcio se mezclan en un cilindro de presión cerrado, el contenido de agua en el suelo reacciona con el carburo de calcio para liberar acetileno cuya presión se puede medir para determinar el contenido de humedad. [23] [24]
El carburo de calcio se vende comercialmente como repelente de topos . [25] Cuando entra en contacto con el agua, el gas producido ahuyenta a los topos. [26]
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