Vôi sống có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống. Trong đó các tính chất hóa học và vật lý được phản ánh thông qua cấu tạo của hợp chất. Cùng tìm hiểu các đặc điểm về công thức cấu tạo và các phản ứng hóa học, ứng dụng thực tiễn của vôi sống.
Mục lục bài viết
1. Vôi sống là gì?
Vôi sống hay trong hóa học gọi là canxi oxit, hợp chất này có nhiều tên gọi khác nhau như canxia hoặc vôi nung.
Đây là một hợp chất vô cơ oxit gồm hai nguyên tố là canxi và oxy, có công thức hóa học của nó là CaO. Vôi sống (CaO) nằm trong nhóm kiềm thổ cùng với các loại oxit khác như BaO, MgO và có độ hút ẩm cao. Do tính chất của kim loại thuộc nhóm kiềm thổ mà vôi sống có tính chất hóa học được thể hiện đa dạng. Tính hút ẩm được thể hiện thông qua tính chất hóa học tác dụng tốt với nước.
Nó là một loại bột màu trắng khi không có tạp chất. Khi để ngoài không khí có nhiều tạp chất thì nó thường có màu vàng nhạt hoặc xám. Các tạp chất cũng có thể đến từ việc vôi sống tác dụng với các khí có trong tự nhiên.
Bảo quản vôi đúng cách:
– Vôi cục cần được bảo quản trong môi trường khô thoáng, không nên để lâu bên ngoài mà không được bảo quản. Tránh việc vôi tác dụng với hơi nước trong không khí làm giảm chất lượng. Khi sử dụng, nên tôi càng sớm càng tốt hoặc nghiền nhỏ, mịn rồi bảo quản trong bao kín. Điều đó giúp chất lượng đảm bảo hơn trong quá trình sử dụng.
– Vôi nhuyễn cần được ngâm trong các hố có lớp cát hoặc nước phủ bên trên, chiều dày từ 10 – 20 cm. Bề mặt phía trên giúp ngăn cản, nhằm ngăn chặn sự tiếp xúc của vôi với khí cácbonic trong không khí. Bởi trong điều kiện không khí, vôi sống xảy ra phản ứng như sau:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓+H2O
CaCO3 là đá vôi, không tan trong nước, kết tủa trắng. Do đó nếu sử dụng vôi sống trong mục đích tôi vôi sẽ không đảm bảo tốt về chất lượng.
– Nếu vôi bị hóa đá canxi cacbonat, kém dẻo làm giảm khả năng kết dính. Bởi chất kết tủa này thường không tan trong nước, vón cục, vôi sẽ bị giảm chất lượng.
2. Các tiêu chí đánh giá chất lượng vôi Sống:
Chất lượng vôi phụ thuộc vào hàm lượng canxi oxit. Hàm lượng càng cao, vôi càng đảm bảo cho các nhu cầu sử dụng hay ứng dụng.
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng vôi:
– Độ hoạt tính của vôi:
Phụ thuộc vào hàm lượng canxi oxit, magie oxit. Lượng càng lớn thì sản lượng vôi vữa càng nhiều và ngược lại. Trong đó, CaO phải có hàm lượng cao, gần như tuyệt đối.
– Nhiệt độ tôi và thời gian tôi:
Khi cho vôi sống vào nước, phản ứng tỏa nhiệt được thực hiện. Ta sẽ thấy vôi sống tan vào trong nước gọi là quá trình tôi vôi.
Nhiệt độ tôi được xác định là nhiệt độ cao nhất của quá trình tôi. Thời gian tôi được tính từ lúc cho vôi vào nước đến khi nhiệt độ sôi đạt mức cao nhất. Theo đó: Lượng nhiệt tỏa ra khi tôi vôi càng lớn, thời gian tôi càng ngắn thì vôi càng tinh khiết tức hàm lượng canxi oixt càng nhiều. Sản lượng vôi vữa tạo ra trên thực tế sẽ nhiều.
– Sản lượng vôi:
Lượng vôi nhuyễn càng nhiều thì vôi có chất lượng càng tốt. Để đảmn bảo không bị vón cục, không có hiện tượng “vôi chết”. Chúng phụ thuộc vào hàm lượng canxi oxit, nhiệt độ, thời gian tôi.
– Lượng hạt sạn (hạt vôi chưa tôi được trong vôi vữa):
Lượng hạt sạn là tỷ số giữa khối lượng hạt sạn so với khối lượng vôi sống (các hạt còn lại trên sàng 124 lỗ /cm2), tính bằng %. Hạn sạn chưa được hòa tan trong nước để tạo ra dung dịch nước vôi trong, do đó không đảm bảo chất lượng vôi. Lượng hạt sạn càng ít thì phần vôi tác dụng được với nước càng nhiều, sản lượng vôi vữa tạo ra càng nhiều.
– Độ mịn của bột vôi sống:
Bột vôi sống càng mịn thì nó càng dễ dàng tác dụng với nước một cách hoàn toàn, tạo thành nhiều vôi vữa hơn. Bởi nó dễ dàng tác dụng và hòa tan trong nước do diện tích bề mặt tiếp xúc lớn.
3. Tính chất vật lý, tính chất hóa học của vôi sống:
3.1. Tính chất hóa học của vôi sống?
Thứ nhất: Tác dụng với nước:
– Hiện tượng: phản ứng mạnh liệt, tỏa nhiều nhiệt;
– Vôi sống dễ hấp thu CO2 và nước (H2O) trong không khí. CaO phản ứng với nước tạo ra chất có tính ăn mòn là Ca(OH)2. Đây còn được gọi tên là dung dịch nước vôi trong, xảy ra theo phản ứng:
CaO + H2O -> Ca(OH)2
Đây là phản ứng của một Oxit bazo với nước, sản phẩm tạo thành là bazo tương ứng.
Ngoài ra, về bản chất thì phản ứng trên còn được gọi là phản ứng tôi vôi. Trong đó CaO là vôi sống, Ca(OH)2 là vôi tôi; Ca(OH)2 ít tan trong nước, phần tan tạo nên dung dịch bazo.
Thứ hai: Tác dụng với axit:
– Vôi sống tác dụng với nhiều loại axit tạo ra muối và nước. Bản chất là phản ứng của oxit bazo tác dụng với axit, không cần điều kiện:
CaO + H2SO4 -> CaSO4 + H2O
CaO + 2HCl -> CaCl2 + H2O
CaO + HNO3 – > Ca(NO3)2 + H2O
Thứ ba: Tác dụng với oxit axit tạo ra muối:
Các oxit bazo có thể tác dụng trực tiếp với oxit axit không cần điều kiện.
CaO + CO2 -> CaCO3 (canxi cacbonat)
CaO + SO2 -> CaSO3 (canxi sunfit)
Hai muối được tạo thành lần lượt trong các phương trình trên tồn tại ở dạng màu trắng, vón cục kết tủa. Từ những phương trình trên cho thấy vôi sống sẽ giảm chất lượng nếu lưu giữ lâu ngày trong tự nhiên. Bởi nó có thể tác dụng với các khí đóng vai trò là oxit axit trong không khí.
3.2. Tính chất vật lý của vôi sống:
Các tính chất được xác định bao gồm:
– Trạng thái là chất rắn;
– Màu sắc: màu trắng;
– Nhiệt độ nóng chảy: 2585℃;
– Trọng lượng phân tử: 56.077;
– Tỉ trọng: 3.350g / cm3;
– Chỉ số khúc xạ là: 1.838;
– Công thức phân tử: CaO;
– Công thức cấu tạo: Ca =O
4. Sản xuất vôi sống:
CaO được sản xuất bằng phân hủy CaCO3 ở nhiệt độ cao.
Nguyên liệu được sử dụng để sản xuất vôi sống là những loại đá giàu khoáng canxi cacbonat, chủ yếu là đá vôi. Ngoài ra còn một số loại khác như đá san hô, đá dolomit (hàm lượng sét nhỏ hơn 6%).
– Chất đốt: than đá, củi, dầu, khí tự nhiên,…
– Nhược điểm nung vôi thủ công:
+ Dung tích lò nhỏ;
+ Ô nhiễm môi trường;
+ Ảnh hưởng đến đời sống, sức khỏe con người;
+ Mất an toàn lao động.
– Các phản ứng hóa học xảy ra khi nung vôi:
Đập nhỏ đá thành những cục nhỏ kích thước đều nhau 10- 20cm trước khi đem nung trong lò với nhiệt độ cao từ 900- 1100oC. Chất đốt được sử dụng là củi, dầu, khí tự nhiên,…Phản ứng xảy ra như sau:
+ Trước hết, than cháy tạo ra khí cacbonoxit và tỏa nhiều nhiệt:
C + O2 -> CO2
Nếu phản ứng trên thiếu O2, có thể xảy ra:
C + CO2 -> 2CO (đây là một khí rất độc có thể gây tử vong)
+ Nhiệt sinh ra (trên 900oC) phân hủy đá vôi thành vôi sống:
CaCO3 -> CaO + CO2
Đây là phản ứng thuận nghịch. Do đó, nếu muốn tăng chất lượng vôi, cần đẩy chiều thuận bằng cách tạo độ thông thoáng trong lò vôi để khí CO2 thoát ra dễ dàng.
Lưu ý:
Nếu các cục đá mang đi nung có kích thước không đều, hiện tượng vôi sống, vôi cháy rất dễ xảy ra.
– Nếu mang nung các cục đá lớn, canxi cacbonat sẽ không chuyển hết hoàn toàn sang canxi oxit khiến thành phẩm có chất lượng kém, nhiều sạn đá, ít dẻo.
– Với các cục đá kích thước nhỏ hoặc nhiệt độ trong lò nung quá lớn, canxi oxit sinh ra sẽ phản ứng với các tạp chất sét tạo thành lớp màng keo canxi silicat, canxi aluminat rất cứng. Chúng bao phủ lên các hạt vôi làm chúng khó thủy phân trong nước, vôi hút nước hút ẩm nhiều làm tăng thể tích khiến kết cấu bị rỗ, nứt.
5. Ứng dụng của vôi sống:
– Trong lĩnh vực xây dựng:
Từ nguyên liệu vôi sống, trở thành vật liệu cần thiết, làm chất kết dính trong xây dựng. Vôi tôi (Ca(OH)2) được sử dụng trong các loại vữa để trám tường, trét các vết nứt, gạch nhằm tăng độ liên kết và độ bám dính. Đây là vật liệu có giá thành rẻ, chất lượng tương đối tốt.
– Trong lĩnh vực sản xuất:
+ Bột đá vôi sống là thành phần trong sản xuất thủy tinh và các kim loại, hợp kim như thép, nhôm và một số kim loại màu khác. Vì nó tác dụng được với muối silicat để loại bỏ được các tạp chất;
+ Được dùng làm nguyên liệu sản xuất canxi cacbua, tro soda, bột tẩy trắng;
+ Dùng vôi sống trong sản xuất gốm: CaO dùng để làm nóng chảy cho các loại men nung vừa, giữ cho lớp men được cứng, bền, chống lại trầy xước và bền màu men;
+ Vôi sống rắc vào vùng nước ô nhiễm xử lý nước thải vì nó làm giảm độ chua hoặc giúp loại bỏ các tạp chất. Bởi nó có khả năng tác dụng với hầu hết các axit, trong khi giá thành rẻ và dễ kiếm, an toàn cho người sử dụng.
– Trong phòng thí nghiệm:
Sử dụng để làm thuốc thử phân tích, chất hấp thụ CO2 và là thuốc thử trong các phân tích khác… Ứng dụng để thực hiện các thí nghiệm hóa học cần thiết trong xác định, thực hiện các phản ứng,…
– Nước vôi trong có thể sử dụng trong chế biến thực phẩm:
Chẳng hạn để ngâm các nguyên liệu như tắc để làm mứt; Sử dụng trong nấu bánh đúc,… Nhằm làm trong, tạo màu đẹp, tăng hương vị và chất lượng cho sản phẩm.
– Một số ứng dụng khác:
+ Vôi sống có tác dụng khử phèn, sát trùng, diệt nấm, khử độc cho môi trường. Ngoài ra còn giúp làm giảm độ pH, khử chua, cải tạo đất trồng giúp cho hoạt động nông nghiệp phát triển. Từ đó mà nó trở thành nguồn cung cấp cần thiết sử dụng trong hoạt động nông nghiệp.
Nó là một sản phẩm thương mại chứa oxit magie, oxit silic. Tuy nhiên giá thành được xác định ở mức rẻ, số tiền nhỏ hơn của oxit nhôm và oxit sắt, do đó được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống. Đặc biệt các ứng dụng được thể hiện nhiều trong lĩnh vực luyện kim và xử lý môi trường.
Tại Ấn Độ trước đây, khi người ta chưa phát hiện ra xà phòng, nó đã được trộn với cát và được dùng để làm sạch cơ thể.
