Carburo di calcio: sintesi, reazioni

Il carburo di calcio è un solido con densità pari a 2.22 g/cm³ che presenta un punto di fusione di 2160 °C e un punto di ebollizione di 2300 °C.

Il carburo di calcio è utilizzato come combustibile nella produzione dell’acciaio e nei processi di desolforazione del ferro. Quello commerciale è un materiale grigio-nero per la presenza di carbonio residuo.

Ha una struttura cristallina lievemente distorta simile a quella del cloruro di sodio in cui gli anioni C₂^2- si trovano paralleli l’uno con l’altro
Ha formula CaC₂ e nella sua struttura è presente un triplo legame carbonio-carbonio che ha una lunghezza di legame di 1.092  Å simile a quella dell’etino.

Sintesi

Per ottenere il carburo di calcio si parte dal carbonato di calcio che viene sottoposto a decomposizione termica ad una temperatura di circa 900 °C:
CaCO_3(s) → CaO_(s) + CO_2(s)

L’ossido di calcio è fatto reagire con carbone a 2000 °C secondo la reazione:
CaO_(s) + 3 C_(s) → CaC₂ + CO_(g)

L’elevata temperatura richiesta per questa reazione non è praticamente raggiungibile dalla combustione tradizionale, quindi la reazione viene eseguita in un forno ad arco elettrico dove gli elettrodi sono di grafite. Il prodotto di carburo prodotto contiene generalmente circa l’80–85% di carburo di calcio in peso.

Reazioni

Il carburo di calcio è usato principalmente per la produzione di acetilene. Esso infatti, come tutti i carburi di metalli alcalini e alcalino-terrosi reagisce con l’acqua secondo la reazione:
CaC_2(s) + 2 H₂O_(l) → HC≡CH_(g) + Ca(OH)_2(s)

Questa reazione è alla base della produzione industriale dell’ acetilene

Un’altra importante reazione del carburo di calcio è quella con l’azoto attraverso la quale si ottiene cianammide di calcio utilizzato quale fertilizzante azotato. La reazione procede a una temperatura di 900-1000 °C in forno ad arco elettrico:
CaC₂ + N₂ → CaC=C=N + C

La reazione è altamente esotermica e procede spontaneamente dopo che è stata innescata.

Usi

Esso è un ottimo agente riducente infatti riduce il solfuro di rame in rame metallico.

È utilizzato nei fuochi di segnalazione per servizio marittimo e produzione di calcio, ferro, leghe.
Oltre a dare reazioni per ottenere acetilene e cianammide di calcio è usato nell’industria per la produzione di ferro e acciaio.

E’ stato utilizzato nelle lampade a carburo, in cui l’acqua gocciola sul carburo e l’acetilene formatosi si accende. Queste lampade erano utilizzabili ma pericolose nelle miniere di carbone, dove la presenza del gas infiammabile metano le rendeva un serio pericolo. La presenza di gas infiammabili nelle miniere di carbone ha portato alla “lampada di sicurezza” del minatore.

Le lampade al carburo sono ancora utilizzate per l’estrazione mineraria in alcuni paesi meno ricchi, come nelle miniere di argento in Bolivia.