Cianamida de calcio
Cianamida cálcica, también conocida como Carbodiamida cálcica, Cian-2°-amida cálcica o Cianonitruro de calcio es el compuesto inorgánico de fórmula CaCN2. Es la sal de calcio de la cianamida (CN2−
2) anión. Este químico se utiliza como fertilizante y se conoce comercialmente como nitrolim. También tiene actividad herbicida y en los años 50 se comercializaba como cianamida. Fue sintetizado por primera vez en 1898 por Adolph Frank y Nikodem Caro (proceso Frank-Caro).
Historia
En su búsqueda de un nuevo proceso para producir cianuros para la lixiviación de oro con cianuro, Frank y Caro descubrieron la capacidad de los carburos alcalinotérreos para absorber nitrógeno atmosférico a altas temperaturas. Fritz Rothe, un colega de Frank y Caro, logró superar en 1898 los problemas con el uso de carburo de calcio y aclaró que a alrededor de 1.100 °C en la reacción no se forma cianuro de calcio sino cianamida de calcio. De hecho, el producto objetivo inicial, cianuro de sodio, también se puede obtener a partir de cianamida cálcica fundiéndolo con cloruro de sodio en presencia de carbono:
- CaCN2 + 2 NaCl + C → 2 NaCN + CaCl2
Frank y Caro desarrollaron esta reacción para un proceso de producción continuo a gran escala. Fue particularmente difícil de implementar porque requiere un control preciso de las altas temperaturas durante el paso inicial del encendedor; El punto de fusión de la cianamida cálcica es sólo unos 120 °C inferior al punto de ebullición del cloruro de sodio.
En 1901, Ferdinand Eduard Polzeniusz patentó un proceso que convierte el carburo de calcio en cianamida de calcio en presencia de un 10% de cloruro de calcio a 700 °C. Sin embargo, la ventaja de esta temperatura de reacción (inferior en aproximadamente 400 °C) debe sopesarse frente a la gran cantidad de cloruro de calcio necesaria y el control del proceso discontinuo. Sin embargo, ambos procesos (el proceso Rothe-Frank-Caro y el proceso Polzeniusz-Krauss) desempeñaron un papel en la primera mitad del siglo XX. En el año récord de 1945 se produjeron en todo el mundo aproximadamente 1,5 millones de toneladas utilizando ambos procesos. Frank y Caro también notaron la formación de amoníaco a partir de cianamida cálcica.
- CaCN2 + 3 H2O → 2 NH3 + CaCO3
Albert Frank reconoció la importancia fundamental de esta reacción como un gran avance en el suministro de amoníaco a partir del nitrógeno atmosférico y en 1901 recomendó la cianamida cálcica como fertilizante nitrogenado. Entre 1908 y 1919 se instalaron en Alemania cinco plantas de cianamida cálcica con una capacidad total de 500.000 toneladas al año y una en Suiza. En su momento era el fertilizante nitrogenado más barato, con una eficacia adicional contra las malas hierbas y las plagas de las plantas, y tenía grandes ventajas sobre los fertilizantes nitrogenados convencionales de la época. Sin embargo, la implementación a gran escala de la síntesis de amoníaco mediante el proceso Haber se convirtió en un serio competidor del proceso Frank-Caro, que consume mucha energía. Como la urea (formada mediante el proceso Haber-Bosch) era significativamente más rica en nitrógeno (46 % de nitrógeno en comparación con aproximadamente el 20 %), más barata y de acción más rápida, el papel de la cianamida cálcica se redujo gradualmente a un fertilizante nitrogenado multifuncional para nichos de mercado. aplicaciones. Otras razones de su pérdida de popularidad fueron su color negro sucio, su aspecto polvoriento y sus propiedades irritantes, así como su inhibición de una enzima que degrada el alcohol, que provoca una acumulación temporal de acetaldehído en el cuerpo que provoca mareos, náuseas y reacciones de sofoco por el alcohol. cuando se consume alcohol en el momento de la exposición corporal.
Producción
La cianamida cálcica se prepara a partir de carburo de calcio. El polvo de carburo se calienta a unos 1.000 °C en un horno eléctrico al que se hace pasar nitrógeno durante varias horas. El producto se enfría a temperatura ambiente y el carburo que no haya reaccionado se lixivia cuidadosamente con agua.
- CaC2 + N2 → CaCN2 + C (ΔH
o
f = –69.0 kcal/mol a 25 °C)
Cristaliza en un sistema cristalino hexagonal con grupo espacial R3m y constantes de red a = 3,67 Å, c = 14,85 Å.
Usos
El principal uso de la cianamida cálcica es en la agricultura como fertilizante. En contacto con el agua, se hidroliza formando cianamida de hidrógeno que se descompone y libera amoniaco:
- CaCN2 + 3 H2O → 2 NH3 + CaCO3
Se utilizó para producir cianuro de sodio fusionándolo con carbonato de sodio:
- CaCN2 + Na2CO3 + 2 C → 2 NaCN + CaO + 2 CO
El cianuro de sodio se utiliza en proceso de cianuro en la minería de oro. También se puede utilizar en la preparación de cianuro de calcio y melamina.
A través de la hidrólisis en presencia de dióxido de carbono, la cianamida cálcica produce cianamida:
- CaCN2 + H2O + CO2 → CaCO3 + H2NCN
La conversión se realiza en lodos. Por esta razón, la mayoría de la cianamida cálcica comercial se vende como una solución acuosa.
La tiourea se puede producir mediante la reacción de sulfuro de hidrógeno con cianamida cálcica en presencia de dióxido de carbono.
La cianamida de calcio también se utiliza como aleación alimentada por alambre en la fabricación de acero para introducir nitrógeno en el acero.
Seguridad
La sustancia puede causar intolerancia al alcohol, antes o después del consumo de alcohol.