أكسيد الكالسيوم

أكسيد الكالسيوم ( صيغته الكيميائية : Ca₂O )، المعروف باسم الجير الحي أو الجير المحروق ، مركب كيميائي واسع الاستخدام . وهو مادة صلبة بيضاء، قلوية ، بلورية ، كاوية في درجة حرارة الغرفة . يشير مصطلح الجير الشائع إلى المركبات غير العضوية المحتوية على الكالسيوم، والتي تسود فيها الكربونات والأكاسيد والهيدروكسيدات للكالسيوم والسيليكون والمغنيسيوم والألومنيوم والحديد . في المقابل، يُطلق مصطلح الجير الحي تحديدًا على مركب أكسيد الكالسيوم. يُطلق على أكسيد الكالسيوم الذي يبقى بعد المعالجة دون أن يتفاعل في مواد البناء ، مثل الأسمنت ، اسم الجير الحر . ^{[ 6 ]}

الجير الحي رخيص نسبياً. وهو ومشتقه الكيميائي هيدروكسيد الكالسيوم (الذي يُعد الجير الحي أساسه اللامائي ) من المواد الكيميائية الأساسية الهامة.

يُصنع أكسيد الكالسيوم عادةً عن طريق التحلل الحراري لمواد، مثل الحجر الجيري أو الأصداف البحرية ، التي تحتوي على كربونات الكالسيوم ( CaCO₃ _؛ معدن الكالسيت ) في فرن الجير . ويتم ذلك بتسخين المادة إلى ما يزيد عن 825 درجة مئوية (1517 درجة فهرنهايت) ، ^{[ 7 ] [ 8 ]} وهي عملية تُسمى التكليس أو حرق الجير ، لتحرير جزيء من ثاني أكسيد الكربون ( CO₂ )، تاركًا وراءه الجير الحي. ويُعد هذا أيضًا أحد التفاعلات الكيميائية القليلة المعروفة في عصور ما قبل ^{التاريخ} . ^[ ₉ ^]  

CaCO ₃ (ق) → CaO (ق) + CO ₂ (ز)

إن الجير الحي غير مستقر، وعند تبريده، سيتفاعل تلقائيًا مع _ثاني أكسيد الكربون من الهواء حتى يتحول تمامًا إلى كربونات الكالسيوم بعد فترة كافية ما لم يتم إطفاؤه بالماء ليتصلب كجص جيري أو ملاط ​​جيري .

يبلغ الإنتاج العالمي السنوي من الجير الحي حوالي 283 مليون طن. وتُعد الصين أكبر منتج في العالم بفارق كبير، حيث يبلغ إنتاجها الإجمالي حوالي 170 مليون طن سنوياً. تليها الولايات المتحدة الأمريكية، بإنتاج يبلغ حوالي 20 مليون طن سنوياً. ^{[ 10 ]}

• الحرارة: يطلق الجير الحي الطاقة الحرارية عن طريق تكوين الهيدرات، هيدروكسيد الكالسيوم ، وفقًا للمعادلة التالية: ^{[ 11 ]}

CaO (s) + H ₂ O (l) ⇌ Ca(OH) ₂ (aq) (ΔH _r = −63.7  kJ/mol of CaO)

أثناء عملية التميؤ، ينتج تفاعل طارد للحرارة، مما يؤدي إلى انتفاخ المادة الصلبة. ويمكن إعادة تحويل الهيدرات إلى جير حي عن طريق إزالة الماء بتسخينه حتى الاحمرار لعكس تفاعل التميؤ. يتحد لتر واحد من الماء مع حوالي 3.1 كيلوغرام (6.8 رطل) من الجير الحي لإنتاج هيدروكسيد الكالسيوم بالإضافة إلى 3.54 ميغا جول من الطاقة. يمكن استخدام هذه العملية لتوفير مصدر حرارة محمول ومريح، كما هو الحال في تسخين الطعام الفوري في علبة ذاتية التسخين ، والطهي، وتسخين الماء دون استخدام لهب مكشوف. تبيع العديد من الشركات مجموعات طهي تستخدم طريقة التسخين هذه. ^{[ 12 ]}  

• هو مادة مضافة غذائية تُستخدم كمنظم للحموضة، وعامل لمعالجة الدقيق، ومادة رافعة . ^{[ 13 ]} رقمها E529 .
• الضوء: عندما يُسخّن الجير الحي إلى 2400 درجة مئوية (4350 درجة فهرنهايت) ، فإنه يُصدر توهجًا شديدًا. يُعرف هذا النوع من الإضاءة باسم ضوء الجير ، وقد استُخدم على نطاق واسع في العروض المسرحية قبل اختراع الإضاءة الكهربائية. ^{[ 14 ]}  
• الأسمنت: أكسيد الكالسيوم هو عنصر أساسي في عملية صنع الأسمنت .
• باعتباره قلويًا رخيصًا ومتوفرًا على نطاق واسع. ^{[ 15 ]}
• صناعة البترول: تحتوي معاجين الكشف عن الماء على مزيج من أكسيد الكالسيوم والفينول فثالين . عند ملامسة هذه المعجونة للماء في خزان تخزين الوقود، يتفاعل أكسيد الكالسيوم مع الماء مُكَوِّنًا هيدروكسيد الكالسيوم. يتميز هيدروكسيد الكالسيوم بدرجة حموضة عالية كافية لتحويل لون الفينول فثالين إلى لون وردي بنفسجي زاهٍ، مما يدل على وجود الماء.
• اللب الكيميائي : يستخدم أكسيد الكالسيوم لصنع هيدروكسيد الكالسيوم ، والذي يستخدم لتجديد هيدروكسيد الصوديوم من كربونات الصوديوم في عملية الاستخلاص الكيميائي في مصانع لب الكرافت .
• الجص: تشير الأدلة الأثرية إلى أن إنسان العصر الحجري الحديث (ب) قبل عصر الفخار استخدم الجص المصنوع من الحجر الجيري للأرضيات ولأغراض أخرى. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]} وظلت أرضيات رماد الجير هذه مستخدمة حتى أواخر القرن التاسع عشر.
• إنتاج المواد الكيميائية أو الطاقة: يمكن استخدام الرش الصلب أو الملاط من أكسيد الكالسيوم لإزالة ثاني أكسيد الكبريت من تيارات العادم في عملية تسمى إزالة الكبريت من غازات المداخن .
• احتجاز وتخزين الكربون : يمكن استخدام أكسيد الكالسيوم لالتقاط ثاني أكسيد الكربون من غازات المداخن في عملية تسمى تدوير الكالسيوم .
• التعدين: تستغل خراطيش الجير المضغوط الخصائص الطاردة للحرارة للجير الحي لتفتيت الصخور. يُحفر ثقب في الصخر بالطريقة المعتادة، ثم توضع خرطوشة محكمة الإغلاق من الجير الحي داخله وتُضغط . بعد ذلك، تُحقن كمية من الماء في الخرطوشة، ويؤدي انطلاق البخار الناتج، بالإضافة إلى الحجم الأكبر من المادة الصلبة المائية المتبقية، إلى تفتيت الصخر. لا تنجح هذه الطريقة إذا كان الصخر شديد الصلابة. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}
• التخلص من الجثث: تاريخياً، ساد اعتقاد خاطئ بأن الجير الحي فعال في تسريع تحلل الجثث. في الواقع، يمكن أن يُسهم استخدام الجير الحي في الحفاظ على الجثة. كما أنه يساعد في إزالة رائحة التحلل الكريهة، الأمر الذي ربما دفع الناس إلى هذا الاستنتاج الخاطئ. ^{[ 22 ]}
• لقد تبيّن أن متانة الخرسانة الرومانية القديمة تُعزى جزئيًا إلى استخدام الجير الحي كمكوّن أساسي. فعند مزجه مع الخرسانة الساخنة، يُشكّل الجير الحي حبيبات جيرية كبيرة الحجم ذات بنية نانوية هشة. وعندما تتشكّل الشقوق في الخرسانة، فإنها تخترق حبيبات الجير الأضعف بنيويًا، مما يؤدي إلى تكسّرها. وعندما يتسرّب الماء إلى هذه الشقوق، يُكوّن محلولًا مشبعًا بالكالسيوم، والذي يمكن أن يتبلور من جديد على شكل كربونات الكالسيوم، فيملأ الشقوق بسرعة. ^{[ 23 ]}

بسبب تفاعل الجير الحي الشديد مع الماء، يُسبب تهيجًا حادًا عند استنشاقه أو ملامسته للجلد الرطب أو العينين. قد يُسبب الاستنشاق السعال والعطس وصعوبة التنفس، وقد يتطور الأمر إلى حروق مع ثقب في الحاجز الأنفي، وآلام في البطن، وغثيان وقيء. على الرغم من أن الجير الحي لا يُعتبر مادة قابلة للاشتعال، إلا أن تفاعله مع الماء قد يُطلق حرارة كافية لإشعال المواد القابلة للاحتراق. ^{[ 27 ]}

أكسيد الكالسيوم هو أيضاً نوع معدني منفصل (صيغته الوحدوية CaO)، ويُسمى "الجير". ^{[ 28 ] [ 29 ]} يتميز بنظام بلوري متساوي الأبعاد ، ويمكنه تكوين سلسلة محاليل صلبة مع المونتيبونيت . البلورة هشة، وتخضع للتحول الحراري، وغير مستقرة في الهواء الرطب، حيث تتحول بسرعة إلى بورتلانديت ( Ca(OH) _₂ ). ^{[ 30 ] [ 31 ]}

• إحصائيات ومعلومات عن الجير، مؤرشفة بتاريخ 7 مايو 2013 على موقع Wayback Machine التابع لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية
• العوامل المؤثرة على جودة الجير الحي
• عالم أمريكي (مناقشةتأريخ الملاط بالكربون المشع ^{14 )}
• مادة كيميائية الأسبوع - الجير
• صحيفة بيانات سلامة المواد
• دليل مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها - المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) المختصر للمخاطر الكيميائية