El carburo de calcio , también conocido como acetiluro de calcio , es un compuesto químico con la fórmula química Ca C 2 . Su principal uso industrial es en la producción de acetileno y cianamida de calcio . [3 ]
El material puro es incoloro, mientras que los trozos de carburo de calcio de grado técnico son grises o marrones y constan de aproximadamente 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 ), C ( carbono ), etc.). En presencia de trazas de humedad, el carburo de calcio de grado técnico 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] Se trata de 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 es alcanzable 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 generalmente contiene alrededor del 80% de carburo de calcio en peso. El carburo se tritura para producir pequeños grumos 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 . Como ejemplo, los estándares británicos y alemanes para el contenido de las fracciones más gruesas son 295 L/kg y 300 L/kg respectivamente (a una presión de 101 kPa y una temperatura de 20 °C (68 °F)). 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 en química, y fue posible en los Estados Unidos como resultado de cantidades masivas de energía hidroeléctrica barata producida en las Cataratas del Niágara antes del cambio de 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 compañía "Bosnische-Elektrizitäts AG" , cuyo sucesor más tarde se convirtió en "Elektro-Bosna" , abrieron la fábrica química más grande para la producción de carburo de calcio en ese momento en Europa en 1899. Se construyó una central hidroeléctrica en el río Pliva con una capacidad instalada de 8 MW para suministrar electricidad a la fábrica, la primera central eléctrica de su tipo en el sudeste de Europa, y entró en funcionamiento el 24 de 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 C 2 2− dispuestas 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 de acetileno y es el principal uso industrial del carburo de calcio.
En la actualidad, el acetileno se fabrica principalmente mediante la combustión parcial de metano o aparece como subproducto en la corriente de etileno procedente del craqueo de hidrocarburos. De esta manera se producen anualmente unas 400.000 toneladas (véase 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 el petróleo 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 en general está disminuyendo. [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 el nitrógeno a alta temperatura para formar cianamida de calcio : [5]
La cianamida cálcica, conocida comúnmente como nitrocal , se utiliza como fertilizante y se hidroliza hasta convertirse en cianamida , H2NCN . [ 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 proporcionaban una luz más constante y brillante que las velas, eran peligrosas en las minas de carbón , donde el gas metano inflamable las convertía en un grave peligro. La presencia de gases inflamables en las minas de carbón dio lugar a las lámparas de seguridad para mineros, como la lámpara Davy , en la que una malla de alambre reduce el riesgo de ignición por metano. Las lámparas de carburo todavía se utilizaban ampliamente en las minas de pizarra , cobre y estaño , donde el metano no es un peligro grave. La mayoría de las lámparas de mineros han sido reemplazadas por lámparas eléctricas .
Las lámparas de carburo todavía se utilizan en la minería en algunos países menos ricos, por ejemplo en las minas de plata cerca de Potosí , Bolivia . Algunos espeleólogos también siguen utilizando lámparas de carburo para explorar cuevas y otras áreas subterráneas, [17] aunque cada vez más se están reemplazando 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 completo 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 pasando el gas acetileno a través de una solución de sulfato de cobre acidificado , 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 bidones de leche. [22]
El carburo de calcio, junto con el fosfuro de calcio , se utiliza en bengalas navales flotantes y autoencendidas , 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 se mezclan el suelo y el carburo de calcio en un cilindro de presión cerrado, el contenido de agua del 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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