Calciumcarbid

Sicherheitshinweise

GHS-Gefahrstoffkennzeichnung

Gefahr

H- und P-Sätze

H: In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase, die sich spontan entzünden können.

Keinen Kontakt mit Wasser zulassen.
Unter inertem Gas handhaben. Vor Feuchtigkeit schützen.
Bei Brand: … zum Löschen verwenden. (Die vom Gesetzgeber offen gelassene Einfügung ist vom Inverkehrbringer zu ergänzen)
Inhalt in / unter … aufbewahren. (Die vom Gesetzgeber offen gelassene Einfügung ist vom Inverkehrbringer zu ergänzen)

EU-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP)

Leicht-
entzündlich

(F)

R- und S-Sätze

R: Reagiert mit Wasser unter Bildung leicht entzündlicher Gase

Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen. (Text nur erforderlich bei Abgabe an nichtgewerbliche Endverbraucher)
Behälter trocken halten.
Zum Löschen ... verwenden. (vom Hersteller anzugeben)(wenn Wasser die Gefahr erhöht, anfügen: Kein Wasser verwenden)

MAK

0,14 mg/m³

Calciumcarbid, auch Calciumacetylid, ist das Calcium-Salz des Ethins und damit ein Acetylid. In reinem Zustand ist es ein weißer Feststoff.

Geschichte

Calciumcarbid wurde erstmals 1836 von Edmund Davy sowie 1862 von Friedrich Wöhler dargestellt und 1862 von Marcellin Berthelot ausführlich beschrieben. Die labormäßige Calciumcarbid-Herstellung im elektrischen Ofen erfolgte 1892 durch Thomas Willson in Amerika und durch Henri Moissan in Paris. Die industrielle Calciumcarbid-Gewinnung begann 1895 in der Aluminiumindustrie AG in Neuhausen in der Schweiz; sie wurde im Jahre 1898 gleichzeitig in Norwegen und in Deutschland (Aluminium Industrie Aktiengesellschaft im badischen Rheinfelden) aufgenommen. In den USA begann die Produktion um dieselbe Zeit in den Vorgängerorganisationen von Union Carbide, an die Willson sein Patent 1895 verkaufte und in Kanada durch von Willson gegründete Firmen. Die Jahresproduktion fiel von 10 Millionen Tonnen in den 1960er-Jahren auf 2 Millionen Tonnen 2010.

Herstellung

Calciumcarbidproduktion im Chemiekombinat Buna (1983)

Schema eines Carbidwerkes

Technisch wird Calciumcarbid in Schmelz-Reduktionsöfen (einer Sonderform des Lichtbogenofens) bei 2000 bis 2300 °C aus Calciumoxid (Branntkalk) und Koks gewonnen. Durch den hohen Strombedarf dieser Öfen ist die Herstellung sehr kostenintensiv. Der Betrieb ist daher nur dort rentabel, wo sowohl die Rohstoffe als auch elektrischer Strom günstig zu beziehen sind, wie beispielsweise aus Wasserkraftwerken in wasserreichen Regionen.

$\mathrm{CaO + 3 \ C \longrightarrow CaC_2 + CO}$

Die dabei entstehenden braunen Brocken enthalten zu 80 bis 85 Prozent Calciumcarbid, der Rest besteht aus Verunreinigungen wie Calciumoxid, Calciumphosphid, Calciumsulfid, Calciumnitrid oder Siliciumcarbid.

Durch ein 2010 entwickeltes Verfahren will man künftig einen Teil der eingesetzten Kohlen und Kokse durch Kunststoffabfälle (KBK) als Sekundärrohstoff ersetzen.

Reineres Calciumcarbid kann durch Umkehrung der Bildungsreaktion von Calciumcyanid oder durch Erhitzung eines Gemisches von Calciumcyanid und Kohlenstoff im Hochvakuum gewonnen werden.

$\mathrm{Ca(CN)_2 + C \longrightarrow CaC_2 + N_2}$

$\mathrm{2 \ Ca(CN)_2 \longrightarrow CaC_2 + 2 \ N_2 + Ca}$

Auch die Darstellung aus den Elementen ist bei 1250 °C möglich.

$\mathrm{Ca + 2 \ C \longrightarrow CaC_2}$

Kristallstruktur

__ Ca²⁺ __ C⁻
Allgemeines
Name	Calciumcarbid
Andere Namen	Kalziumkarbid Calciumacetylid
Verhältnisformel	CaC₂
CAS-Nummer	75-20-7
Kurzbeschreibung	farblose Kristalle
Eigenschaften
Molare Masse	64,10 g/mol
Aggregatzustand	fest
Dichte	2,22 g/cm³
Schmelzpunkt	2160 °C
Siedepunkt	2300 °C
Löslichkeit	Calciumcarbid ist in keinem Lösungsmittel unzersetzt löslich
Thermodynamische Eigenschaften
ΔH_f⁰	−59,8 kJ/mol

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

In reinem Zustand ist Calciumcarbid eine farblose, kristalline Masse. Es existieren zwei Modifikationen die tetragonale und eine kubisch flächenzentrierte Modifikation vom Pyrit-Typ, welche sich durch Erhitzen über 440 °C bildet.

Das Calciumcarbid des Handels ist durch beigemengte Kohlebestandteile grau bis grauschwarz oder durch Eisenoxid-Verunreinigungen braun gefärbt; daneben enthält es durch die Herstellung bedingt noch etwas Calciumoxid, Calciumphosphid, Calciumsulfid, Ferrosilicium, Magnesiumnitrid und Siliciumcarbid, so dass es durchschnittlich nur auf einen CaC₂-Gehalt von 82 % kommt.

Chemische Eigenschaften

Calciumcarbid gehört in der Gruppe der Carbide zu den Acetyliden, da es formal vom Ethin abgeleitet ist. Calciumcarbid ist in keinem Lösungsmittel (unverändert) löslich. Tritt es mit Wasser in Kontakt, so zersetzt es sich in einer lebhaften Reaktion (Hydrolyse) zu Ethin und Calciumhydroxid.

$\mathrm{CaC_{2\ (s)} + 2 \ H_2O_{(l)} \longrightarrow C_2H_{2\ (g)} + Ca(OH)_{2\ (s)}}$

Der unangenehme „Carbid“-Geruch wird bei dieser Reaktion nicht von dem gebildeten Gas Ethin verursacht, sondern ist auf Gase wie Monophosphan, Ammoniak und Schwefelwasserstoff zurückzuführen, die bei der Reaktion der Verunreinigungen mit Wasser entstehen. So entsteht Monophosphan durch die Hydrolyse von im Calciumcarbid enthaltenem Calciumphosphid Ca₃P₂:

$\mathrm{Ca_3P_2 + 6 \ H_2O \longrightarrow 3 \ Ca(OH)_2 + 2 \ PH_3}$

Bei Temperaturen oberhalb von 905°C reagiert es mit Stickstoff unter Bildung von Calciumcyanamid,die Druckhydrierung liefert Calciumhydrid; seine reduzierenden Eigenschaften werden ebenfalls technisch genutzt.

Verwendung und Populäre Anwendungen

Im allgemeinen Sprachgebrauch wird Karbid meist gleichgesetzt mit Calciumcarbid. Dieses reagiert mit Wasser zu Acetylen, was für verschiedene Anwendungen genutzt werden kann.

Früher wurde Calciumcarbid in Karbidlampen mit Wasser versetzt, mit dem es zu brennbarem Ethin reagierte; das Ethin wurde angezündet und verbrannte mit heller Flamme. Dieses Verfahren wurde insbesondere in den Grubenlampen im Bergbau untertage verwendet. Die Karbidlampen werden noch heute von Speläologen bevorzugt verwendet, weil sie gleichzeitig vor Sauerstoffmagel warnen.
Herstellung von Kalkstickstoff
Synthese von Ethin, Betrieb von Karbidentwicklern (heute nicht mehr von Bedeutung)
Zum Entschwefeln von Roheisen in der Stahlindustrie
Ab ca. 1900 bis weit in die 1930er-Jahre hinein wurden speziell für diesen Zweck produzierte Karbidlampen auch als Fahrradbeleuchtung eingesetzt. Diese Karbid-Fahrradlampen leuchteten weit heller als entsprechende Öl- oder Kerzenlampen.
Zur Bestimmung der Restfeuchte von Boden- oder Betonproben wird die Synthese von Ethin genutzt. Hierbei wird die Probe zusammen mit einer Ampulle Calciumcarbid und vier Stahlkugeln in eine genormte Stahlflasche gefüllt und mit einem Manometerkopf verschlossen. Die Flasche wird geschüttelt, wodurch die Probe weiter zerkleinert wird und die Calciumcarbidampulle zerbricht. Der durch die Reaktion von Calciumcarbid und Feuchtigkeit entstehende Gasdruck kann am Manometerkopf abgelesen und in den Feuchtegehalt umgerechnet werden. Dieses Verfahren wird als >Carbid-Methode (CM) bezeichnet.
Calciumcarbid wird auch zur Bekämpfung von Wühlmäusen und Maulwürfen eingesetzt. Das in Gegenwart der Bodenfeuchte aus den Calciumphosphid-Verunreinigungen entstehende hochgiftige Monophosphan tötet die Tiere. Daher ist eine Anwendung gegen Maulwürfe aus Artenschutzgründen verboten.

Basierend auf einem Artikel in Wikipedia.de