氧化钙,俗称生石灰或石灰,是一种白色易吸湿结晶粉末状物质。它是一种中强碱,与水发生反应会产生放热,甚至可以引燃可燃材料。此外,它还能与酸类、卤素和金属急剧地发生反应。
氧化钙是一种碱性氧化物,与水反应会生成氢氧化钙(熟石灰),这个反应非常剧烈,会放出大量热量,甚至能让水沸腾:
CaO+H2O→Ca(OH)2
氧化钙还可以与酸反应,生成相应的钙盐,例如:
CaO+2H+→Ca2++H2O
例如,氧化钙和盐酸反应会生成氯化钙:
CaO+2HCl→CaCl2+H2O
将氧化钙和碳一起在电炉中共热至摄氏2000度,可以生成碳化钙(电石):
CaO+3C→CaC2+CO
氧化钙通常是通过石灰窑中含有碳酸钙(如石灰石或贝壳)的材料进行热分解反应而得到的。这个过程需要高于825°C(1517°F)的温度。这个过程被称为煆烧,它将碳酸钙分解成二氧化碳和氧化钙。这也是人类已知的少数史前化学反应之一。
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
冷却后,这些氧化钙会与空气中的二氧化碳自发反应,重新变成碳酸钙,除非用水消解形成石灰膏或石灰砂浆。
全球每年大约生产2.83亿吨氧化钙。中国是目前世界上最大的生产国,每年产量约为1.7亿吨。美国位居第二,每年产量约为2000万吨。
每生产1吨氧化钙大约需要1.8吨石灰石。氧化钙对水有很高的亲和力,是一种比硅胶更有效的干燥剂。氧化钙与水的反应会使其体积至少增加2.5倍。
氧化钙主要用于碱性氧气炼钢(BOS)过程中。在一吨钢中,需要使用30至50千克(65-110英磅)的氧化钙。氧化钙与酸性氧化物(如SiO2、Al2O3和Fe2O3)中和,形成碱性熔渣。
氧化钙粉末用于生产加气混凝土块,其密度约为0.6-1.0 g/cm3。
氧化钙和氢氧化钙可以显著提高含粘土的承载能力。它们与细碎的二氧化硅和氧化铝反应,生成具有胶结性能的硅酸钙和铝酸盐。
少量的氧化钙可用于其他工艺,如玻璃、铝酸钙水泥和有机化合物的生产。
氧化钙也可以用作加热剂。当它与水反应生成氢氧化钙时,会释放热能:
CaO (s) + H2O (l) ? Ca(OH)2 (aq) (ΔHr = ?63.7 kJ/mol of CaO)
氧化钙还是一种食品添加剂,用作酸度调节剂、面粉处理剂和发酵剂。
氧化钙是水泥的关键成分。
氧化钙是一种廉价且广泛使用的碱。大约50%的氧化钙在使用前会先转化成氢氧化钙。氧化钙和氢氧化钙都用于处理饮用水。
水检测膏是氧化钙和酚酞的混合物。当这种糊状物与燃料储罐中的水接触时,氧化钙会与水反应形成氢氧化钙。氢氧化钙具有足够高的pH值,可以将酚酞变成鲜艳的粉紫色,表明存在水。
在硫酸盐纸浆厂的化学回收过程中,氧化钙用于从碳酸钠中再生氢氧化钠。
由于氧化钙与水剧烈反应,吸入或接触潮湿的皮肤或眼睛会引起严重刺激。吸入氧化钙可能导致咳嗽、打喷嚏和呼吸困难,然后可能演变成烧伤,伴有鼻穿孔、腹痛、恶心和呕吐。虽然氧化钙不被认为是火灾隐患,但它与水的反应会释放足够的热量,足以点燃可燃物。