탄화칼슘 - CaC2, 75-20-7

탄화칼슘은 화학식 CaC2를 갖는 화합물입니다. 주로 아세틸렌 가스와 칼슘 시안아미드를 생산하는 데 사용됩니다. 물과 반응하여 아세틸렌 가스와 수산화칼슘을 생성합니다. 사람들은 그것을 용접과 조명에 사용합니다.

IUPAC의 이름	칼슘 에틴디이드
분자식	CaC2
CAS 번호	75-20-7
동의어	칼슘아세틸라이드, 칼슘과탄소, 칼슘이카바이드, 칼슘카부로, 카부로칼시코, 칼슘에틴디라이드
인치	InChI=1S/C2.Ca/c1-2;/q-2;+2

탄화칼슘의 성질

칼슘 카바이드 포뮬러

탄화칼슘의 화학식은 CaC2입니다. 이것은 탄화칼슘 분자가 하나의 칼슘 원자와 두 개의 탄소 원자로 구성되어 있음을 의미합니다. 공식은 화합물의 원소 비율을 보여줍니다.

탄화칼슘 몰 질량

CaC2의 몰 질량은 64.099 g/mol입니다. 이는 CaC2 1몰의 질량이 64,099g이라는 것을 의미합니다. 몰 질량은 공식에 있는 원소의 원자 질량을 더하여 계산됩니다. 칼슘의 원자량은 40.078g/mol이고 탄소의 원자량은 12.011g/mol입니다.

탄화칼슘의 끓는점

CaC2의 끓는점은 2300°C이다. 이는 이 온도에서 CaC2가 액체에서 기체로 변한다는 것을 의미합니다. 끓는점은 분자간 힘과 대기압의 영향을 받습니다. CaC2는 강한 이온결합을 가지고 있어 깨지는데 많은 에너지가 필요합니다.

탄화칼슘 융점

CaC2의 녹는점은 2160°C입니다. 이는 CaC2가 이 온도에서 고체에서 액체로 변한다는 것을 의미합니다. 녹는점은 분자간 힘과 대기압의 영향도 받습니다. CaC2는 강한 이온 결합으로 인해 녹는점이 높습니다.

탄화칼슘의 밀도 g/ml

CaC2의 밀도는 2.22g/ml입니다. 이는 1밀리리터의 CaC2가 2.22그램의 질량을 갖는다는 것을 의미합니다. 밀도는 질량을 부피로 나누어 계산합니다. 밀도는 물질의 원자나 분자의 구성과 배열에 따라 달라집니다. CaC2는 원자가 결정 구조로 촘촘하게 모여 있기 때문에 밀도가 높습니다.

탄화칼슘 분자량

CaC2의 분자량은 64,099 amu(원자 질량 단위)입니다. 이는 CaC2 분자의 질량이 64,099amu임을 의미합니다. 분자량은 공식에 포함된 원소의 원자 질량에 해당 원자 수를 곱하여 계산됩니다. 칼슘의 원자 질량은 40.078 amu이고 탄소의 원자 질량은 12.011 amu입니다.

탄화칼슘 구조식 이미지

CaC2의 구조는 상(I, II 또는 III)에 따라 정방정계, 단사정계 또는 단사정계입니다. 이는 CaC2가 서로 다른 상태나 조건에서 원자나 분자의 모양과 배열이 서로 다르다는 것을 의미합니다. 구조는 물질의 대칭성과 기하학에 의해 결정됩니다. CaC2는 1단계에서 정방정계 구조를 갖고, 2단계에서 단사정계 구조를 가지며, 3단계에서는 또 다른 단사정계 구조를 갖는다.

탄화칼슘의 용해도

CaC2의 용해도는 물에서 빠른 가수분해입니다. 이는 CaC2가 물과 빠르게 반응하여 아세틸렌 가스와 수산화칼슘을 생성물로 형성한다는 것을 의미합니다. 용해도는 주어진 온도와 압력에서 주어진 용매에 용해될 수 있는 물질의 양으로 측정됩니다. 용해도는 물질과 용매의 성질과 극성뿐만 아니라 pH와 염도와 같은 기타 요인에 따라 달라집니다.

모습	회색/검은색 결정 또는 무색의 결정성 고체를 갖는 백색 분말 ³
비밀도	2.22
색상	무색(순수) 또는 회색/갈색(기술적 품질)
냄새가 나다	무취(순수) 또는 마늘 유사(기술 등급)
몰 질량	64,099g/몰
밀도	2.22g/cm3
융합점	2160°C
비점	2300°C
플래시 도트	305°C(아세틸렌)
물에 대한 용해도	신속한 가수분해
용해도	에탄올과 에테르에 불용성
증기압	무시할 만한
증기 밀도	2.21(아세틸렌)
pKa	해당 없음
pH	해당 없음

탄화칼슘의 안전성과 위험성

CaC2는 가연성이 있고 위험한 화학물질입니다. 물이나 습기와 접촉하면 화재 및 폭발의 위험이 있습니다. 이는 가연성 및 폭발성도 있는 아세틸렌 가스를 방출합니다. CaC2도 건강에 해를 끼칠 수 있습니다. 이는 피부, 눈, 폐를 자극할 수 있습니다. 이로 인해 발진, 눈 손상, 기침 및 호흡 곤란이 발생할 수 있습니다. 또한 많은 양을 흡입하면 폐에 체액이 쌓일 수도 있습니다. CaC2와의 접촉을 피하고 취급 시 보호 장비를 착용해야 합니다. 또한 발화원에서 멀리 떨어진 건조하고 밀폐된 용기에 보관해야 합니다.

위험 기호	F(인화성이 높음), C(부식성), W(물과 반응함)
보안 설명	S2(어린이의 손이 닿지 않는 곳에 보관), S7/8(용기를 단단히 밀폐하고 건조한 상태로 보관), S16(발화원에서 멀리 보관), S26(눈에 들어간 경우 즉시 다량의 물로 씻어내고 의사의 진료를 받으세요) 조언), S36/37/39(적절한 보호복, 장갑 및 눈/안면 보호구 착용), S43(화재 발생 시 마른 모래 또는 건조 화학 분말을 사용), S45(사고 또는 불편이 발생한 경우 즉시 의학적 조언)
UN 식별 번호	유엔 1402
HS 코드	28491000
위험 등급	4.3
포장그룹	나
독성	경구 LD50 쥐: 80mg/kg, LC50 흡입 쥐: 1000ppm/4h

탄화칼슘 합성 방법

칼슘과 산화탄소 공급원으로부터 CaC2를 합성하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.

가장 일반적인 방법 중 하나는 전기로 방식입니다. 이 과정에서 전기 아크는 석회 와 코크스의 혼합물을 약 2,200°C까지 가열합니다. 반응은 흡열반응이며 용융된 CaC2와 일산화탄소를 생성합니다. 녹은 후 CaC2는 냉각되고 사람들은 용도에 따라 조각이나 분말로 분쇄합니다. 이 방법은 에너지 소비와 장비 비용이 높습니다.

또 다른 방법은 솔리드 스테이트(Solid State) 방식이다. 이 방법을 수행하려면 산화칼슘 과 바이오 숯 또는 바이오매스 유래 숯의 혼합물을 오븐에서 약 1,750°C로 가열합니다. 반응은 고체-고체이며 고체 CaC2와 일산화탄소를 생성합니다. CaC2 고체를 직접 사용하거나 추가 처리할 수 있습니다. 이 방법은 전기로 방식에 비해 에너지 소비와 장비 비용이 저렴합니다.

세 번째 방법은 석탄 코크스 전력 품질 대체 방식이다. 이 공정을 수행하려면 저품위 석탄과 석회를 혼합하여 펠릿을 만든 다음 1000°C 오븐에서 열분해합니다. 생산된 가스는 전기를 생산하고 뜨거운 펠렛은 2000°C의 CaC2 오븐으로 옮겨집니다. 반응은 고체-고체이며 용융된 CaC2와 일산화탄소를 생성합니다. 냉각 후, 용융된 CaC2는 분쇄되어 덩어리 또는 분말을 형성합니다. 이 방법은 전기로 방식보다 에너지 효율과 자원 활용도가 높습니다.

탄화칼슘의 용도

CaC2가 물과 반응하면 아세틸렌 가스와 수산화칼슘이 생성됩니다. 아세틸렌 가스는 폴리염화비닐, 아세트산비닐, 1,4-부탄디올 등과 같은 많은 유기 화학물질과 고분자를 합성하는 데 중요한 중간체입니다. 수산화칼슘은 여러 용도로 사용되는 다용도 화합물입니다.
칼슘 시안아미드를 생성하기 위해 인간은 고온에서 CaC2를 질소와 반응시킵니다. 칼슘 시안아미드는 질소 비료, 제초제 및 고엽제 역할을 합니다.
철, 주철, 주철 및 강철의 황 함량을 줄이기 위해 CaC2가 사용됩니다. 이 화합물은 황과 반응하여 황화칼슘을 형성하여 금속을 효과적으로 탈황시킵니다. 이 공정은 철강 제품의 품질과 연성을 향상시킵니다.
카바이드 램프는 CaC2를 사용하여 연소 시 빛을 생성하는 아세틸렌 가스를 생성합니다. 이 램프는 전기 램프가 일반화되기 전에 광업, 동굴 탐험, 자전거 타기 및 자동차 산업에서 인기가 있었습니다.
사람들은 바나나, 망고, 파파야 같은 과일의 숙성제로 CaC2를 사용합니다. 에틸렌 가스를 방출하여 숙성 과정을 가속화하고 과일의 색과 단맛을 향상시킵니다. 많은 국가에서는 CaC2 잔류물을 사용하여 과일을 익히는 관행이 건강상의 위험으로 인해 불법적이고 해롭다고 간주합니다.
사람들은 큰 소리를 내기 위해 대나무 대포와 빅뱅 대포에 CaC2를 사용합니다. 물과 섞이면 발화되는 아세틸렌 가스가 생성되어 모두에게 즐겁고 축제적인 경험을 선사합니다.
제강에서 탈산제로도 사용됩니다. 용강에서 산소를 제거하고, 철강제품의 품질에 영향을 줄 수 있는 산화물의 생성을 방지합니다.

질문:

Q: 탄화칼슘은 현지에서 어디에서 구입할 수 있나요?

답변: 해당 지역의 일부 철물점이나 용접 용품점에서 소량의 CaC2를 찾을 수 있습니다. 그러나 대량의 CaC2가 필요한 경우 제조업체에서 직접 수입하는 것이 가장 좋습니다. 온라인으로 일부 공급업체에 문의할 수 있습니다.

Q: 탄화칼슘을 제거하는 방법은 무엇입니까?

A: CaC2는 유해 폐기물이므로 적절하게 폐기해야 합니다. 물과 반응하여 인화성 및 폭발성인 아세틸렌 가스를 생성할 수 있으므로 쓰레기통이나 배수구에 버리지 마십시오. CaC2를 안전하게 폐기하는 방법에 대한 조언을 얻으려면 지역 유해 폐기물 당국이나 허가받은 폐기물 처리 회사에 문의해야 합니다. 통풍이 잘 되는 곳에서 물로 중화시킨 후 운송을 위해 밀봉된 용기에 포장해야 할 수도 있습니다.

Q: 탄화칼슘이 중수와 반응하면 어떤 형태가 되나요?

A: 중수는 수소 대신 중수소를 함유한 물입니다. 중수소는 핵에 양성자 1개와 중성자 1개가 있는 수소의 동위원소입니다. CaC2는 중수와 반응하면 수산화칼슘과 중수소화 아세틸렌을 형성합니다. 중수소화아세틸렌은 수소 대신 중수소를 함유한 아세틸렌입니다. 이 반응의 화학 반응식은 다음과 같습니다.

CaC2 + 2D2O -> Ca(OD)2 + C2D2

Q: 탄화칼슘은 위험한가요?

A: 네, CaC2는 위험하므로 주의해서 취급해야 합니다. 인화성 및 폭발성인 아세틸렌 가스를 방출하므로 물이나 습기와 접촉하면 화재 및 폭발 위험이 발생할 수 있습니다. 또한 피부, 눈, 폐에 자극을 줄 수 있어 건강에도 해로울 수 있습니다. CaC2는 피부 발진, 눈 손상, 기침 및 호흡 곤란을 유발할 수 있습니다. 또한 많은 양을 흡입하면 폐에 체액이 쌓일 수도 있습니다. CaC2와의 접촉을 피하고 취급 시 보호 장비를 착용해야 합니다. 또한 발화원에서 멀리 떨어진 건조하고 밀폐된 용기에 보관해야 합니다.

Q: 탄화칼슘은 이온성입니까, 공유성입니까?

A: CaC2는 이온성 화합물입니다. 칼슘 이온(Ca2+)과 탄화물 이온(C22-)으로 구성됩니다. 이온 화합물은 금속 원자가 전자를 잃고 비금속 원자가 전자를 얻어 안정적인 전자 구성을 얻을 때 형성됩니다. 생성된 이온은 정전기적 인력에 의해 서로 결합됩니다. CaC2는 강한 이온결합을 가지고 있어 깨지는데 많은 에너지가 필요합니다.

Q: 탄화칼슘은 어떻게 만들어지나요?

A: CaC2는 석회(산화칼슘)와 코크스(탄소)의 혼합물을 전기로에서 약 2200°C까지 가열하여 얻습니다. 반응은 흡열반응이며 용융된 CaC2와 일산화탄소를 생성합니다. 그런 다음 용융된 CaC2를 냉각하고 조각이나 분말로 분쇄합니다. 이 방법은 에너지 소비와 장비 비용이 높습니다. 또한 바이오 숯이나 저급 석탄과 같은 다양한 탄소원을 사용하는 방법과 고체 가열 또는 유도 가열과 같은 다양한 가열 방법이 있습니다. 이러한 방식은 전기로 방식에 비해 에너지 소비와 장비 비용이 저렴할 수 있습니다.

Q: 탄산칼슘을 탄화칼슘으로 바꿀 수 있나요?

A: 아니요. 탄산칼슘을 CaC2로 직접 변환할 수는 없습니다. 탄산칼슘은 고온에서 탄소와 반응하지 않는 안정적인 화합물입니다. 탄산칼슘은 먼저 공기가 없는 상태에서 강하게 가열(하소)하여 산화칼슘으로 전환되어야 합니다. 그런 다음 고온에서 산화칼슘과 탄소를 반응시켜 CaC2(침탄)를 생성할 수 있습니다. 이 공정의 전체 화학 반응식은 다음과 같습니다.

CaCO3 -> CaO + CO2

CaO + 3C -> CaC2 + CO

Q. 다음 반응에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇입니까? Ca(들) + 2C(들) -> CaC2(들) + 62.8 kJ

A: 다음 진술은 반응에 적용됩니다.

두 개 이상의 원소가 결합하여 화합물을 형성하는 합성 반응입니다.
이는 열이 환경으로 방출되는 발열 반응입니다.
이는 칼슘이 산화되고 탄소가 환원되는 산화환원 반응이다.
이것은 산화칼슘과 탄소로부터 CaC2가 형성되는 역반응입니다.

Q: cac2(s)의 표준 생성열은 얼마입니까?

A: cac2(s)의 표준 생성열은 25°C, 1atm에서 표준 상태의 원소로부터 CaC2 1몰이 형성될 때의 엔탈피 변화입니다. Hess의 법칙을 사용하여 주어진 열화학 방정식으로부터 계산할 수 있습니다. CaC2 형성에 대한 전체 방정식은 다음과 같습니다.

Ca(들) + 2C(들) -> CaC2(들)

헤스의 법칙을 사용하여 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

ΔHf°(CaC2) = ΔH°(Ca + 2C -> CaC2)

= ΔH°(Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2) + ΔH°(Ca(OH)2 -> CaO + H2O) + ΔH°(CaO + 3C -> CaC2 + CO) + ΔH°(CO -> C + O2) + ΔH°(H2 + O2 -> H2O)

= -414.79kJ + 65.19kJ + 462.30kJ – 221.00kJ – 571.80kJ = -680.10kJ

따라서 cac2(s)의 표준 형성열은 -680.10 kJ/mol입니다.

Q: 0.35몰의 hcch(g)를 생성하려면 몇 그램의 cac2가 필요합니까?

A: 이 질문에 대답하려면 CaC2와 물 사이의 반응에 대한 균형 방정식을 사용해야 합니다.

CaC2(s) + 2H2O(l) -> C2H2(g) + Ca(OH)2(aq)

이 방정식에서 우리는 1몰의 cac2가 1몰의 hcch(아세틸렌이라고도 함)를 생성한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 0.35몰의 hcch를 생성하려면 0.35몰의 cac2가 필요합니다. 몰을 그램으로 변환하려면 cac2의 몰 질량(64.099 g/mol)을 사용해야 합니다. 몰 질량에 몰 질량을 곱하면 다음을 얻습니다.

0.35몰 x 64.099g/몰 = 22.435g

따라서 0.35몰의 hcch를 생성하려면 22.435g의 cac2가 필요합니다.

Q: 물 49.0g과 완전히 반응하려면 몇 몰의 cac2가 필요합니까?

A: 이 질문에 대답하려면 탄화칼슘과 물 사이의 반응에 대한 균형 방정식을 사용해야 합니다.