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| 名前 | |
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| 推奨されるIUPAC名
カルシウムアセチリド | |
| 体系的なIUPAC名
エチニジドカルシウム | |
| その他の名前
過炭化カルシウム
炭化カルシウム 二炭化カルシウム | |
| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.000.772 |
| EC番号 |
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パブケム CID
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| カルシウム2 | |
| モル質量 | 64.099 グラム/モル |
| 外観 | 白色粉末または無色の結晶、不純な場合は灰色/茶色/黒色の結晶 |
| 密度 | 2.22 グラム/ cm3 |
| 融点 | 2,160 °C (3,920 °F; 2,430 K) |
| 沸点 | 2,300 °C (4,170 °F; 2,570 K) |
| 反応してアセチレンを生成する | |
| 構造[1] | |
| 正方晶系（I相） 単斜晶系（II相） 単斜晶系（III相） | |
| I4/mmm (I 相) C2/c (II 相) C2/m (III 相) | |
| 6 | |
| 熱化学 | |
標準モル
エントロピー ( S ⦵ 298 ) |
70 J·モル−1 ·K −1 |
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
−63 kJ·モル−1 |
| 危険 | |
| 労働安全衛生（OHS/OSH）： | |
主な危険
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水と反応してアセチレンガスを放出する[2] |
| GHSラベル: | |
 
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| 危険 | |
| H260 | |
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |
| 305 °C (581 °F; 578 K) (アセチレン) | |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
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 インフォボックス参照
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カルシウムカーバイドはカルシウムアセチリドとも呼ばれ、化学式CaC2の化合物です。工業的には主にアセチレンやカルシウムシアナミドの製造に使用されます。 [ 3]
純粋な物質は無色ですが、工業用カルシウムカーバイドの破片は灰色または茶色で、約80～85％がCaC 2（残りはCaO（酸化カルシウム）、Ca 3 P 2（リン化カルシウム）、CaS（硫化カルシウム） 、Ca 3 N 2（窒化カルシウム）、SiC（炭化ケイ素）、C（炭素）など）で構成されています。微量の水分が存在すると、工業用カルシウムカーバイドはニンニクを思わせる不快な臭いを発します。[4]
カルシウムカーバイドの用途には、アセチレンガスの製造、カーバイドランプでのアセチレンの生成、肥料用化学薬品の製造、製鉄などがあります。
生産
炭化カルシウムは、石灰とコークスの混合物から電気炉で約2,200℃（3,990℉）で工業的に生産されます。[5]これは、 1モルあたり110キロカロリー（460kJ）の熱量と一酸化炭素を追い出すための高温を必要とする吸熱反応です。この方法は1892年の発明以来変わっていません。
- CaO + 3 C → CaC 2 + CO
この反応に必要な高温は、従来の燃焼では実際には達成できないため、反応はグラファイト電極を備えた電気アーク炉で行われます。生成される炭化物製品には、通常、重量の約80％が炭化カルシウムが含まれています。炭化物は粉砕され、数mmから最大50mmの小さな塊になります。不純物は細かい部分に集中しています。製品のCaC 2含有量は、加水分解時に生成されるアセチレンの量を測定することで分析されます。例として、英国とドイツの粗い部分の含有量の基準は、それぞれ295 L/kgと300 L/kgです（圧力101 kPa、温度20 °C（68 °F））。炭化物に含まれる不純物には、加水分解時にホスフィンを生成するリン化カルシウムが含まれます。[7]
この反応は化学における産業革命の重要な部分であり、 20世紀に入る前にナイアガラの滝で生産された大量の安価な水力発電の結果として米国で可能になりました。 [8] 電気アーク炉法は1892年にTLウィルソンによって発見され、同年にH.モアッサンによって独立して発見されました。[9] [10] [11] 1899年、ボスニア・ヘルツェゴビナのヤイツェでオーストリアの実業家ヨーゼフ・クランツと彼の会社「ボスニシェ・エレクトリツィテーツAG」 （後に「エレクトロ・ボスナ」となる）が、当時ヨーロッパ最大のカルシウムカーバイド製造化学工場を開設した。工場に電力を供給するために、プリヴァ川に8MWの設備容量を持つ水力発電所が建設された。これは南東ヨーロッパでこの種の発電所としては初となるもので、1899年3月24日に稼働を開始した。[12]
結晶構造
純粋な炭化カルシウムは無色の固体です。室温での一般的な結晶形は、C 2 2−ユニットが平行に並んだ歪んだ岩塩構造です。[13]室温では、正方晶構造と2つの異なる単斜晶構造の3つの異なる多形が見られます。[1]
アプリケーション
アセチレンの製造
炭化カルシウムと水の反応でアセチレンと水酸化カルシウムが生成される[ 5 ]現象は、1862年に フリードリヒ・ヴェーラーによって発見されました。
この反応はアセチレンの工業的製造の基礎となり、カルシウムカーバイドの主な工業用途となっています。
現在、アセチレンは主にメタンの部分燃焼によって製造されるか、炭化水素のクラッキングによるエチレン流の副産物として生成されます。この方法で年間約 40 万トンが生産されています (アセチレンの製造を参照)。
中国では、カルシウムカーバイドから得られるアセチレンは、化学産業、特にポリ塩化ビニルの生産のための原料として使われ続けています。現地で生産されたアセチレンは、輸入石油を使用するよりも経済的です。[14]中国でのカルシウムカーバイドの生産は増加しています。2005年の生産量は894万トンで、生産能力は1,700万トンでした。[15]
米国、欧州、日本では、カルシウムカーバイドの消費量は全体的に減少している。[16] 1990年代の米国の生産量は年間236,000トンであった。[13]
カルシウムシアナミドの製造
炭化カルシウムは高温で窒素と反応してカルシウムシアナミドを形成する：[5]
- CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
一般的に石灰窒素として知られているカルシウムシアナミドは肥料として使われています。加水分解されてシアナミド、H 2 NCNになります。[5]
製鉄
炭化カルシウムは次のような用途に使用されます。
炭化物ランプ
炭化カルシウムは炭化物ランプに使用されています。炭化物に水が滴るとアセチレン ガスが発生し、これが燃焼して光ります。これらのランプはろうそくよりも安定して明るい光を発しますが、炭鉱では可燃性のメタンガスが深刻な危険をもたらすため危険でした。炭鉱には可燃性ガスが存在するため、金網でメタン発火の危険を減らすデービー ランプなどの鉱夫用安全ランプが生まれました。炭化物ランプは、メタンが深刻な危険とならないスレート、銅、錫の鉱山では依然として広く使用されていました。現在、ほとんどの鉱夫用ランプは電球に置き換えられています。
炭化物ランプは、ボリビアのポトシ近郊の銀鉱山など、一部の比較的裕福でない国の採掘に今でも使用されています。また、洞窟探検家が洞窟やその他の地下空間を探索する際にも炭化物ランプが今でも使用されていますが、[17]この用途ではLEDライトがますます普及しつつあります。
カーバイドランプは初期の自動車、オートバイ、自転車のヘッドランプとしても広く使用されていましたが、現在は完全に電灯に置き換えられています。[18]
その他の用途
カルシウムカーバイドは、エチレンガスと同様に熟成剤であるアセチレンの供給源として使用されることがあります。[19]しかし、カルシウムカーバイドからアセチレンを製造する際には、汚染により微量のホスフィンとアルシンが発生することが多いため、一部の国では違法となっています。[20] [21]これらの不純物は、アセチレンガスを酸性硫酸銅溶液に通すことで除去できますが、発展途上国ではこの予防措置がしばしば無視されています。
カルシウムカーバイドは、ビッグバンキャノンなどのおもちゃの大砲や竹製の大砲に使用されています。オランダでは、カルシウムカーバイドは新年の頃にミルク缶で発射するのに使用されます。[22]
炭化カルシウムはリン化カルシウムとともに、ホームズ海洋生物保護協会が製造しているもののような、浮遊する自己発火型の海軍信号弾に使用されます。
カルシウムカーバイドは土壌の水分含有量を測定するために使用されます。土壌とカルシウムカーバイドを密閉された圧力シリンダー内で混合すると、土壌の水分含有量がカルシウムカーバイドと反応してアセチレンが放出され、その圧力を測定することで水分含有量を測定できます。[23] [24]
炭化カルシウムはモグラ忌避剤として市販されている。[25]水と接触すると発生したガスがモグラを追い払う。[26]
参考文献
- ^ ab コナール、スミット;ニレン、ヨハンナ。スヴェンソン、グンナール。バーニン、ダイアナ。エデン、マティアス。ルシュヴィッツ、ウーヴェ。ホイッサーマン、ウルリッヒ (2016)。 「CaC2 の多相」。固体化学ジャーナル。239 .エルゼビア BV: 204–213。Bibcode :2016JSSCh.239..204K。土井：10.1016/j.jssc.2016.04.030。ISSN 0022-4596。
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- ^ パトナイク、プラディオット（2003）。無機化合物ハンドブック。マグロウヒル。ISBN 0-07-049439-8。
- ^ Vincoli, Jeffrey Wayne (1996年11月25日)。危険化学物質のリスク管理。CRC Press。p. 429。ISBN 978-1-56670-200-3。
- ^ abcd グリーンウッド、ノーマン N. ; アーンショウ、アラン (1997)。元素の化学(第 2 版)。バターワース-ハイネマン。p. 298。ISBN 978-0-08-037941-8。
- ^ CRC Handbook of Chemistry and Physicsのデータから計算。
- ^ ab ホルツリヒター、クラウス;ノット、アルフォンス。メルトシェンク、ベルント。ヨーゼフ・サルジンガー (2013)。 「炭化カルシウム」。ウルマンの工業化学百科事典。 1 ～ 14 ページ。土井：10.1002/14356007.a04_533.pub2。ISBN 978-3-527-30673-2。
- ^フリーマン、ホレス （ 1919）。「シアナミドの製造」。化学ニュースと物理科学ジャーナル。117 ：232。
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- ^ ASTM International. 「ASTM D4944-18、カルシウムカーバイドガス圧力試験機による土壌の水分含有量の現場測定のための標準試験方法」。ASTM International 。 2020年9月7日閲覧。
- ^ du Bois, TME (2014年2月20日). 「Molehill Mayhem」. p. 21. hdl :1874/290102. 2022年3月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年1月15日閲覧。
- ^ 「カーバイドで庭のモグラを駆除する方法」mysunnylawn.com。
外部リンク
- 周期表のビデオにおける炭化カルシウムとアセチレン（ノッティンガム大学）
- カルシウムカーバイド製造
- 2008年化学物質安全データシート