أكسيد الكالسيوم CaO

في الكيمياء إن مركب أكسيد الكالسيوم المعروف أيضًا باسم الجير الحي عبارة عن مركب غير عضوي، وهو مادة قلوية مستخدمة منذ العصور الوسطى، تمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (CaO)، ويُعتقد أن الجير الحي هو أحد أقدم المواد الكيميائية المعروفة للجنس البشري، ويمكن أن يشار إليها أيضًا باسم الجير المحترق أو الجير.

أكسيد الكالسيوم

• إن مركب أكسيد الكالسيوم عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي، يمتلك كثافة مقدارها 3.34 جم لكل سم مكعب وكتلة مولية مقدارها 56.0774 جم لكل مول، وهو قابل للذوبان في كلا من الماء والجلسرين، ويمتلك نقطة غليان مقدارها 2850 درجة مئوية، ونقطة انصهار مقدارها 2572 درجة مئوية.

• يحتوي مركب أكسيد الكالسيوم على لزوجة متوسطة وتوتر سطحي مرتفع، بالإضافة إلى معدل تمدد وانكماش مرتفع إلى متوسط، وهذه المادة غير متطايرة في درجات حرارة السيراميك، ولأكسيد الكالسيوم تأثير معتدل على اللون إلا إذا كان بكميات كبيرة حيث قد يكون له تأثير تبييض على أكسيد الحديد، يوجد أيضًا بلون أحمر كاكي / طماطم.

تحضير أكسيد الكالسيوم

• من الممكن أن يتم إنتاج أكسيد الكالسيوم من خلال عملية التحلل الحراري لمواد مثل الحجر الجيري أو الصدف التي تحتوي على كربونات الكالسيوم (CaCO3، الكالسيت المعدني) في فرن الجير، تُعرف العملية المستخدمة في تحضير الجير المحترق باسم التكليس، إنها عملية تبدأ بالتحلل الحراري للمواد المتفاعلة عند درجات حرارة عالية مع ضمان إبقاء درجة الحرارة أقل بكثير من نقطة الانصهار.

• تخضع مادة كربونات الكالسيوم لعملية تكليس في درجات حرارة تتراوح بين 1070 درجة مئوية إلى 1270 درجة مئوية، عادة ما يتم الاحتفاظ بهذه التفاعلات في فرن دوار، علما أن المنتجات المتكونة نتيجة التفاعل هي الجير المحترق وثاني أكسيد الكربون، تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون الذي يتم تكوينه على الفور بحيث يُسبق التفاعل حتى اكتمال العملية وفقًا لمبدأ (Le-Chatelier).

CaCO₃ → CaO + CO₂

• هذا التفاعل قابل للانعكاس وطارد للحرارة بطبيعته في الاتجاه الأمامي، وتحتوي جزيئات أكسيد الكالسيوم على كاتيون كالسيوم واحد (يحمل شحنة +2) وأنيون أكسجين واحد (يحمل شحنة -2)، وعند إضافة الماء إلى الجير فإنه يتكون هيدروكسيد الكالسيوم (Ca(OH)2)، وهذا التفاعل طارد للحرارة بقوة ويحدث بقوة مع تكوين سحب من البخار، وفقًا للتفاعل التالي:

CaO + H2O → Ca(OH)2

• ما هو الفرق بين الجير الحي وماء الجير؟ إن الصيغة الكيميائية للجير أو الجير الحي هي (CaO)، والاسم الكيميائي للجير هو أكسيد الكالسيوم، ومن ناحية أخرى فإن الصيغة الكيميائية لماء الجير هي (Ca(OH)2) والاسم الكيميائي لهذه المادة هو هيدروكسيد الكالسيوم.

خصائص أكسيد الكالسيوم

• إن الجير عبارة عن مادة صلبة بيضاء غير متبلورة مع نقطة انصهار عالية تبلغ 2600 درجة مئوية، وهو مركب مستقر للغاية ويتحمل درجات الحرارة العالية، وفي وجود الماء يشكل الجير المطفأ، وهذه العملية تسمى قطع الجير (CaO+H₂O → Ca (OH)₂) وهو أكسيد أساسي في الطبيعة ويشكل الأملاح عندما يتلامس مع الحمض.

• يتبلور هذا المركب في شبكة بلورية مكعبة، ويقابل الانتروبيا المولية المعيارية المرتبطة بأكسيد الكالسيوم 40 جول لكل مول كلفن، ومن المعروف أن هذا المركب يصدر توهجًا شديدًا عند تسخينه إلى درجات حرارة أعلى من 2400 درجة مئوية (CaO+H₂SO₄ → CaSO₄+H₂O).

استخدامات أكسيد الكالسيوم

• يستخدم أكسيد الكالسيوم على نطاق واسع للأغراض الطبية والمبيدات الحشرية، ويجد تطبيقات في صناعة الأسمنت والورق والفولاذ عالي الجودة، ويستخدم الجير ككاشف في المختبرات للجفاف وتفاعل الترسيب وما إلى ذلك، وهو أرخص مادة قلوية متوفرة وهو عنصر مهم في تصنيع الصودا الكاوية.

• كما أن الكالسيوم ضروري جدا للحياة الحيوانية على شكل مكون من العظام والقشور والأسنان، علما أن من أكثر مركبات الكالسيوم شيوعًا هي كربونات الكالسيوم التي يستخدمها الخزاف كمصدر لأكسيد الكالسيوم للتزجيج.

السلامة عند تحضير أكسيد الكالسيوم

• هناك القليل من الأشياء التي يجب على المستخدمين مراعاتها فيما يتعلق بأكاسيد الكالسيوم، عادة ما يكون التفاعل بين الجير الحي والماء قويًا، ويمكن أن يسبب الجير الحي تهيجًا شديدًا خاصة عند استنشاقه أو إذا لامس جلدًا أو عينًا رطبة، وبعض آثار الاستنشاق تشمل العطس أو السعال أو صعوبة التنفس.

• وبالإضافة إلى ما سبق فإنه يمكن أن يؤدي الجير الحي أيضًا إلى حدوث آلام في البطن وحروق بالغثيان مع ثقب في الحاجز الأنفي وقيء، وعندما يتفاعل الجير الحي مع الماء فإنه من الممكن أن يقوم بإطلاق حرارة كافية من أجل إشعال المواد القابلة للاحتراق.