سياناميد الكالسيوم – CaCN2

يجب تواجد درجات حرارة عالية من أجل تكوين سياناميد الكالسيوم، الذي يتحلل إلى مادة أمونيا ويوريا، ولقد تم استخدام عملية السياناميد على نطاق واسع من قبل العديد من البلدان قبل وأثناء الحرب العالمية الأولى، ولكنها كانت أيضًا كثيفة الاستخدام للطاقة وبحلول عام 1918 ميلادي، جعلتها عملية هابر بوش عملية عفا عليها الزمن.

سياناميد الكالسيوم

• إن مركب سياناميد الكالسيوم هو مركب غير عضوي يمتلك الصيغة الكيميائية (CaCN2)، كما أنه عبارة عن ملح الكالسيوم للسياناميد (CN2−2) أنيون، وتُستخدم هذه المادة الكيميائية كسماد، وتُعرف تجاريًا باسم النيتروليم، علما أنه قد تم تصنيعه لأول مرة في عام 1898 ميلادي، بواسطة أدولف فرانك ونيكوديم كارو (عملية فرانك كارو).

• في بحثهم عن عملية جديدة من أجل إنتاج السيانيد لغسل السيانيد من الذهب، اكتشف كلا من فرانك وكارو قدرة كربيدات الأرض القلوية على القيام بعملية امتصاص النيتروجين في الغلاف الجوي عند درجات حرارة عالية، ونجح فريتز روث زميل فرانك وكارو في عام 1898 ميلادي في القيام بالتغلب على المشاكل الناتجة عن استعمال كربيد الكالسيوم وأوضح أنه عند حوالي 1100 درجة مئوية لا يتكون سيانيد الكالسيوم ولكن سياناميد الكالسيوم في التفاعل.

• في الحقيقة فإنه أيضا من الممكن أن نحصل على مادة سيانيد الصوديوم المنتج المستهدف الأولي من مادة سياناميد الكالسيوم من خلال عملية صهر مع مركب كلوريد الصوديوم في وجود الكربون:

CaCN₂ + 2 NaCl + C → 2 NaCN + CaCl₂

• لقد طور كلا من فرانك وكارو هذا التفاعل من أجل عملية إنتاج مستمرة منتشرة النطاق، علما أنه كانت العملية صعبة بشكل خاص وذلك بسبب متطلبات المعدات التي تتطلبها درجات الحرارة المرتفعة أثناء خطوة الإشعال الأولية، وتتطلب هذه العملية تحكم بدقة في درجة الحرارة وذلك بسبب أن نقطة انصهار مادة سياناميد الكالسيوم أقل بنسبة تقارب 120 درجة مئوية فقط من نقطة غليان مادة كلوريد الصوديوم.

• ومع ذلك، لقد لعبت كلتا العمليتين (عملية روث-فرانك-كارو وعملية بولزينيوز-كراوس) دورًا في النصف الأول من القرن العشرين، وفي عام قياسي 1945 ميلادي، لقد تم إنتاج 1.5 مليون طن في كل أنحاء العالم باستعمال كلتا العمليتين، لاحظ فرانك وكارو أيضًا تكوين الأمونيا من سياناميد الكالسيوم.

CaCN₂ + 3 H₂O → 2 NH₃ + CaCO₃

• لقد أدرك ألبرت فرانك الأهمية الرئيسة لهذا التفاعل من خلال اعتباره تقدمًا كبيرًا في توفير الأمونيا من النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي، وفي عام 1901 ميلادي أوصى سياناميد الكالسيوم كسماد نيتروجين، بين عامي 1908 ميلادي و 1919 ميلادي، لقد تم تصنيع 5 مصانع لسياناميد الكالسيوم بطاقة إجمالية مقدارها 500000 طن سنويًا في ألمانيا وواحدة في سويسرا.

• في ذلك الوقت يعد مادة سياناميد الكالسيوم أرخص سماد نيتروجين مع فعالية إضافية ضد الأعشاب الضارة وآفات النباتات وكان له مزايا كبيرة على الأسمدة النيتروجينية التقليدية، ورغم ذلك فإن التنفيذ الواسع النطاق من أجل عملية تخليق الأمونيا من خلال عملية هابر أصبح منافسًا جادًا لعملية فرانك كارو كثيفة الاستخدام للطاقة.

• بسبب أن مادة اليوريا والتي قد انتجت من خلال عملية (Haber-Bosch) كانت غنية بالنيتروجين بدرجة كبيرة وأرخص وأسرع من ناحية المفعول، لذا فأنه قد تم التقليل من دور مادة سياناميد الكالسيوم بشكل تدريجي إلى سماد نيتروجين متعدد الوظائف في التطبيقات المتخصصة.

• من الأسباب الأخرى لفقدان شعبيته هو لونه الأسود المتسخ ومظهره المترب وخصائصه المهيجة، فضلاً عن تثبيطه لإنزيم مهين للكحول والذي يسبب تراكمًا مؤقتًا للأسيتالديهيد في الجسم، مما يؤدي إلى الدوخة والغثيان ورد فعل تدفق الكحول، وعندما يتم استهلاك الكحول في وقت قريب من التعرض الجسدي.

إنتاج سياناميد الكالسيوم

• تتم عملية تحضير وتصنيع مركب سياناميد الكالسيوم من مادة كربيد الكالسيوم، إذ تتم عملية تسخين لمسحوق الكربيد عند حوالي درجة حرارة مقدارها 1000 درجة مئوية في فرن كهربائي يتم فيه تمرير النيتروجين لعدة ساعات، ثم يتم بعد ذلك عملية تبريد المنتج إلى درجات الحرارة المحيطة وأي كربيد غير متفاعل يتم ترشيحه بحذر بالماء.

CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C (ΔH^o_f = –69.0 kcal/mol at 25 °C)

• يتبلور هذا المركب في نظام بلوري سداسي مع مجموعة فضاء (R3m) وثوابت شعرية (أ = 3.67 Å)، (ج = 14.85 Å).

الاستخدامات لسياناميد الكالسيوم

• إن الاستخدام الرئيسي لمادة سياناميد الكالسيوم هو في الزراعة كسماد، وعند ملامسته للماء فإنه يتحلل ويحرر الأمونيا:

CaCN2 + 3 H2O → 2 NH3 + CaCO3

• تم استخدامه لإنتاج سيانيد الصوديوم عن طريق الصهر مع كربونات الصوديوم:

CaCN2 + Na2CO3 + 2 C → 2 NaCN + CaO + 2 CO

• من خلال عملية التحلل المائي في وجود ثاني أكسيد الكربون، وينتج مركب سياناميد الكالسيوم السياناميد:

CaCN2 + H2O + CO2 → CaCO3 + H2NCN

• يتم إجراء التحويل في ملاط​​، وبالتالي فإنه يتم بيع معظم سياناميد الكالسيوم التجاري كمحلول مائي، يستخدم مركب سياناميد الكالسيوم أيضًا على شكل سبيكة يتم تغذيتها بالأسلاك في صناعة الصلب، من أجل إدخال النيتروجين في الفولاذ.

• يستخدم سياناميد الكالسيوم كسماد ومبيد للآفات وفي تصنيع مواد كيميائية أخرى، علما أنها تهيج العين والجلد والجهاز التنفسي عند الإنسان، وقد يكون التعرض للاستنشاق الحاد (قصير الأمد)، يسبب التهاب المعدة والتهاب الأنف والتهاب البلعوم والتهاب الحنجرة والتهاب القصبات الهوائية.

• قد يسبب التعرض الفموي الحاد لهذا المركب، رد فعل حركي وعائي كما ويؤدي إلى احمرار شديد في الوجه والجزء العلوي من الجسم والذراعين، بالإضافة إلى عدم انتظام دقات القلب، كما ولوحظ انخفاض ضغط الدم عند البشر بعد التعرض الفموي الحاد، مزمن (طويل الأمد).

• لقد تم الإبلاغ عن أن التعرض المهني يسبب التهاب الأنف المزمن مع ثقب في الحاجز الأنفي، ولم تصنف وكالة حماية البيئة سياناميد الكالسيوم فيما يتعلق بالسرطان المحتمل.

• لقد تم استخدام سياناميد الكالسيوم، المعروف أيضًا باسم النيتروليم كسماد نيتروجين وكالسيوم بطيء الإطلاق مع تأثير حد لأكثر من 100 عام، وبسبب سلبيته في التأثير على العديد من الأمراض التي تنتقل عن طريق التربة، ويتم تطبيقه الآن في كثير من الأحيان من أجل منع خسائر المحصول والجودة أثناء الضيق بشكل متزايد تناوب المحاصيل.

ما هو تأثير سياناميد الكالسيوم

• التأثير على الأمراض التي تنتقل عن طريق التربة عند استخدامه كسماد، كما ويقدم فوائد جيدة السيطرة على كلوبروت وبعض أنواع (Phytophthora)، علما أن الكائنات الحية الأخرى التي تسبب الأمراض التي تنتقل عن طريق التربة قد تكون أيضًا متأثرة.

• يعمل مفعول سياناميد الكالسيوم في مبيدات الأعشاب فقط في أعلى 3-4 سم من التربة، وهذا يعني أنه يؤثر بشكل أساسي على الجديد، ونبتت شتلات الحشائش والأعشاب الصغيرة حتى مرحلة 4 أوراق.

• يمكن أن يتم استخدام سياناميد الكالسيوم من أجل تسريع تحلل بقايا المحاصيل لأنها تزود النيتروجين ولها تأثير، كما ويتفاعل الماء مع سياناميد الكالسيوم لتكوين الكالسيوم ثنائي هيدروكسيد وسياناميد الهيدروجين (وليس السيانيد).