خصائص هيدريد الكالسيوم وتخزينه واستخداماته

في الكيمياء إن مركب هيدريد الكالسيوم هو عبارة عن أحد المركبات الكيميائية غير العضوية يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (CaH2)، مما يجعله هيدريد فلز قلوي أرضي، وهذه الصيغة تمتلك هيكل مشابه للملح، وفي الأربعينيات من القرن الماضي كان هذا المركب متاحًا على صورة مصدر للهيدروجين تحت الاسم التجاري “Hydrolith”.

تحضير هيدريد الكالسيوم

• نستطيع أن نقوم بتحضير مركب هيدريد الكالسيوم من خلال حدوث تفاعل بين الكالسيوم والهيدروجين عند درجة حرارة مقدارها بين 300 درجة مئوية و 400 درجة مئوية، علما أنه توجد طريقة أخرى أيضا من أجل تصنيعه وهي من خلال عملية تسخين مركب كلوريد الكالسيوم مع غاز الهيدروجين ومعدن الصوديوم، حيث يكون التفاعل الكيميائي على الصورة التالية:

CaCl2 + H2 + 2Na → CaH2 + 2NaCl

• في هذا التفاعل ينتج كلا من عنصري الكالسيوم والهيدروجين جزيء هيدريد الكالسيوم بينما تنتج ذرات الصوديوم مع الكلور جزيئات كلوريد الصوديوم، ومن الممكن أيضًا إنتاج هيدريد الكالسيوم من خلال اختزال أكسيد الكالسيوم (CaO) بالمغنيسيوم، ويتم إجراء التفاعل في وجود الهيدروجين، ينتج هذا التفاعل أيضًا أكسيد المغنيسيوم (MgO)، تبعا للتفاعل الكيميائي التالي:

CaO + Mg + H2 → CaH2 + MgO

الخصائص الفيزيائية والكيميائية لهيدريد الكالسيوم

• إن هيدريد الكالسيوم عبارة عن مجموعة من البلورات ذات التركيب المعيني الأبيض عندما يكون نقيًا، بشكل عام فإنه من النادر أن يتم إيجاده بهذا الشكل، لذلك فإنه عادة ما يكون له صبغة رمادية، يفتقر إلى الرائحة المميزة، تبلغ الكتلة المولية لهيدريد الكالسيوم 42.094 جم لكل مول، وله نقطة انصهار تساوي 816 درجة مئوية وكثافة مقدارها 1.70 جم لكل مل، إذا ذاب في الماء فإنه يتفاعل بعنف لإنتاج الهيدروجين، كما أنه يتفاعل مع الكحول.

• وهيدريد الكالسيوم هو هيدريد ملحي، مما يعني أن هيكله مشابه للملح، وهيكله البلوري هو نفس هيكل كلوريد الرصاص (الكوتونيت المعدني)، تشكل جميع الفلزات القلوية و الفلزات القلوية الأرضية أملاح هيدريد.

• إن مركب هيدريد الكالسيوم عبارة عن مادة مستقرة، ومع أنه شديد التفاعل مع الماء أو الرطوبة، فإنه عند ملامسته للماء يحرر غاز الهيدروجين القابل للاشتعال والذي يمكن أن يشتعل بشكل سريع وتلقائي، ويعتبر هيدريد الكالسيوم مركب متفجر، عند تسخينه في تفاعل مع تتراهيدروفوران، قد يتسبب في حدوث انفجار، عند خلطه مع الكلورات والهيبوكلوريت والبرومات وغيرها من المواد فإنه يصبح حساسًا للحرارة والاحتكاك ويصبح متفجرًا.

• عندما يتم تسخين فلوريد الفضة بهيدريد الكالسيوم، تصبح الكتلة متوهجة، إذ أنه يؤدي التسخين القوي للهيدريد سواء بالكلور أو البروم أو اليود إلى التوهج، يتم استغلال مخاليط الهيدريد مع البرومات المختلفة، على سبيل المثال برومات الباريوم أو الكلورات، عند الطحن، ويتفاعل هيدريد الكالسيوم بشكل متوهج مع فلوريد الفضة إذا تعرض للاحتكاك.

• يجب التعامل مع هيدريد الكالسيوم في جو خامل، وإذا لم يتم التعامل معه بطريقة صحيحة فقد يشكل تهديدًا خطيرًا على صحة وسلامة موظفي المختبرات وعمال الإنقاذ ومعالجي النفايات الكيميائية، وهو شديد الخطورة في حالة ملامسته للجلد أو العينين؛ لأنه يسبب التهيج، خطير للغاية في حالة ملامسته للجلد لأنه قد يكون مادة أكالة.

• كما أنه خطير إذا تم ابتلاعه واستنشاقه، يعتمد مقدار تلف الأنسجة على طول التلامس، قد يؤدي ملامسة العينين إلى تلف القرنية أو العمى، وقد يسبب التلامس مع الجلد التورم والبثور واستنشاق الغبار يؤدي إلى تهيج الجهاز الهضمي أو الجهاز التنفسي ويتميز بالحرق والعطس والسعال، كما وقد يؤدي التعرض المفرط الشديد إلى تلف الرئة والاختناق وفقدان الوعي وحتى الموت.

• قد يؤدي التعرض المتكرر للعين إلى مستوى منخفض إلى تهيجها، قد يؤدي التعرض المتكرر للجلد إلى تدمير الجلد الموضعي أو التهاب الجلد، وقد يؤدي استنشاق الغبار المتكرر إلى درجات متفاوتة من تهيج الجهاز التنفسي أو تلف الرئة، قد يتسبب استنشاق الغبار المتكرر أو لفترات طويلة في حدوث تهيج تنفسي مزمن.

• يجب تخزين المواد القابلة للاشتعال بشكل عام في خزانة أمان منفصلة أو غرفة تخزين، والحفاظ على حاوية مغلقة بإحكام، ويحفظ في مكان بارد وجيد التهوية، لا يُنصح أبدًا باستخدام الماء لإطفاء حريق حول هيدريد الكالسيوم، يمكن استخدام الرمل الجاف وكذلك مركبات مثل كلوريد الصوديوم وكربونات الصوديوم لهذا الغرض.

الاستخدامات والتطبيقات لهيدريد الكالسيوم

عامل مجفف

• إن هيدريد الكالسيوم عبارة عن مادة مجففة معتدلة نسبيًا، ومن أجل هذا السبب فإنه يعتبر استعمال هذا المركب على صورة مجفف أكثر أمانًا مقارنة بالعوامل الأخرى الأكثر تفاعلًا، مثل كلا من سبائك الصوديوم والبوتاسيوم وسبائك معادن الصوديوم، إذ يتفاعل هيدريد الكالسيوم يتفاعل مع الماء على النحو التالي:

CaH2 + 2 H2O → Ca (OH) 2 + 2 H2

• من الممكن أن يتم فصل نواتج التحلل المائي لهذا التفاعل، غاز الهيدروجين وهيدروكسيد الكالسيوم (خليط مائي)، عن المذيب الكيميائي بعد عملية ترشيح أو تقطير أو تصفية.

وهيدريد الكالسيوم عبارة عن مادة مجففة فعالة للعديد من المذيبات الأساسية مثل الأمينات والبيريدين، ويتم استخدامه أحيانًا لتجفيف المذيبات مسبقًا قبل استخدام المزيد من المجففات التفاعلية.

إنتاج الهيدروجين

• في الأربعينيات من القرن الماضي لقد كان هيدريد الكالسيوم متاحًا كمصدر للهيدروجين تحت الاسم التجاري “Hydrolith”، وقد تم استعماله كمصدر للهيدروجين لفترة طويلة، علما أنه لا يزال يستعمل من أجل إنتاج الهيدروجين النقي في المختبرات لمختلف التجارب وخلايا الوقود المتقدمة وتطبيقات البطاريات.

• تم استخدام هيدريد الكالسيوم على نطاق كبير وشامل لعقود كوسيلة آمنة ومريحة لتضخيم بالونات الطقس، كما أنه يتم استعماله بشكل منتظم في المختبرات من أجل صنع كميات صغيرة من الهيدروجين عالي النقاء لإجراء التجارب، إذ يتم حساب محتوى الرطوبة في وقود الديزل بواسطة الهيدروجين المطور بعد المعالجة بهيدريد الكالسيوم.

عامل الاختزال

• عند تسخين هيدريد الكالسيوم بين 600 و 1000 درجة مئوية، يمكن اختزال أكسيد الزركونيوم والنيوبيوم واليورانيوم والكروم والتيتانيوم والفاناديوم والتنتالوم لتحضير مسحوق هذه المعادن، بحيث يمكن استخدام هيدريد الكالسيوم في تعدين الغبار، يوضح التفاعل التالي كيفية عمل هيدريد الكالسيوم كعامل اختزال:

TiO + 2CaH2 → CaO + H2 + Ti

ما هو العيب في استعمال هيدريد الكالسيوم

• غالبًا ما يكون هذا المركب الكيميائي هو الخيار المفضل كعامل تجفيف، ومع ذلك، فإن له أيضًا بعض العيوب: إذ يكون عمل التجفيف لهذا المركب بطيئًا؛ لأنه غير قابل للذوبان في أي مذيب لا يتفاعل معه بعنف، ومركب المسحوق هذا غير متوافق مع العديد من المذيبات، يمكن أن يؤدي تفاعلها مع الكلوروكربونات إلى حدوث انفجارات.

• لا يمكن استعمال هيدريد الكالسيوم لمذيبات إزالة الأكسجين؛ وذلك لأنه لا يمتلك المقدرة على إزالة الأكسجين المذاب، كما أن التفريق بين هيدريد الكالسيوم وهيدروكسيد الكالسيوم صعب للغاية بسبب مظهرهما المتشابه.