کلسیم نیترات

کلسیم نیترات - Calcium nitrate

1- مقدمه

کلسیم نیترات یک ترکیب معدنی با فرمول Ca(NO_3 )_2 است. این نمک بی رنگ از محیط خود آب را جذب می کند، به همین دلیل معمولا به شکل چهار آبه یافت می شود. همچنین این ترکیب یک عامل اکسید کننده است. کاربرد اصلی این نمک در تولید کود است اما کاربرد های دیگری هم دارد. نیترو کلسیت که یک ماده معدنی است در واقع نامی دیگر برای کلسیم نیترات آبدار است. این ترکیب به شکل شکوفه در محیط های خشک که کود با بتن یا سنگ آهک در تماس باشد مانند غارها یا اصطبل ها به وجود می آید. انواع نمک های مرتبط با کلسیم نیترات مانند کلسیم آمونیوم نیترات ده آبه و کلسیم پتاسیم نیترات ده آبه شناخته شده است.

2- تاریخچه

کلسیم نیترات برای اولین بار در نوتودن، نروژ در سال 1905 و توسط فرایند بریکلند-اِید (به افتخار کریستن بریکلند و سم اِید) تولید شد. در حال حاضر بیشتر کلسیم نیترات جهان در پورشگرن نروژ تولید می شود. به همین علت این نمک را با نام های نمک نروژی و یا نیترات آهک نروژی نیز می شناسند. به دلیل خواص فلورسنت این نمک، در قرن هفدهم به افتخار کریستین آدولف بالدوین، به عنوان فسفر بالدوین نیز شناخته می شد.

3- کاربردها

1-3-کشاورزی

حالت کود این نمک  در صنایع گلخانه ای و کشت محبوب است، که شامل کلسیم نیترات، آب، نمک دوگانه یا مضاعف 5Ca(NO_3 )_2.NH_4 NO_3.H_2 O می باشد. این ترکیب را کلسیم آمونیوم نیترات می نامند. فرمولاسیونی از این ترکیب که فاقد آمونیاک باشد با فرمول شیمیایی Ca(NO_3 )_2.〖4H〗_2 O نیز موجود است. فرم بدون آب این کود هم وجود دارد. شکل مایع این کود همچنین پیشنهاد می شود. یکی از مشتقات این ترکیب که بدون آب و پایدار در هوا است، کمپلکس اوره آن با فرمول Ca(NO_3 )_2.4[OC(NH_2 )_2]  می باشد که آن را با نام اوره کلسیم می شناسند.
همچنین از کلسیم نیترات برای درمان بعضی از بیماری های گیاهی استفاده می شود. برای مثال، از کلسیم نیترات رقیق شده (و سدیم کلرید) به شکل اسپری برای کنترل حفره تلخ و لکه های پوستی در درختان سیب استفاده می شود. 

2-3-تصفیه فاضلاب

کلسیم نیترات در مرحله پیش پرداخت فاضلاب برای جلوگیری از انتشار بو استفاده می شود. مرحله پیش پرداخت فاضلاب بر پایه ساختن یک محیط زیست بدون اکسیژن درون سیستم فاضلاب است. هنگامی که نیترات در محیط وجود داشته باشد، متابولیسم سولفات ها توقف می یابد، در نتیجه از تشکیل هیدروژن سولفات جلوگیری می کند. همچنین مواد آلی آسان تخریب مصرف می شوند، اگر غیر از این باشد جدا از حذف کردن خود بود، ممکن است یک شرایط بی هوازی را در جریان های زیری ایجاد کند. این اساس برای تصفیه باقیمانده لجن نیز صدق می کند.

3-3-بتن

کلسیم نیترات در مواد افزودنی بتن استفاده می شود. استفاده از این نمک همراه با بتن و ملات بر اساس دو اثری است که میگذارد. یون کلسیم تشکیل کلسیم هیدروکسید را تسریع می کند، در نتیجه قوام میگیرد و ته نشین می شود. همچنین این اثر در عامل های بتن ریزی در شرایط آب و هوایی سرد و برخی پلاستیسایزر های ترکیبی به کار برده می شود. یون نیترات باعث تشکیل هیدروکسید آهن می شود. این لایه محافظ در واقع از خوردگی آرماتور بتن جلوگیری می کند.

4-3-منعقد کننده لاتکس

نیترات کلسیم جزو محبوب ترین منعقد کننده ها در تولید لاتکس (به ویژه در فرآیند غوطه وری) است. نیترات کلسیم حل شده بخشی از محلول حمام غوطه وری است.

5-3-پک های سرد

تفکیک شدن کلسیم نیترات چهار آبه به شدت گرماگیر است (سرد کننده). به همین علت گاهی از کلسیم نیترات چهار آبه در پک های سرد چند بار مصرف استفاده می شود.

6-3-نمک های مذاب برای انتقال و ذخیره حرارت

کلسیم نیترات می تواند به عنوان بخشی از ترکیب نمک های مذاب استفاده شود. معمولا ترکیب دوتایی مساوی از کلسیم نیترات و پتاسیم نیترات یا ترکیب سه تایی مساوی کلسیم نیترات، پتاسیم نیترات و سدیم نیترات استفاده می شود. نمک های مذاب همچنین می توانند جایگزینی روغن های گرمایی در نیروگاه های خورشیدی فشرده باشند تا حرارت را انتقال بدهند، اما بیشتر در ذخیره کردن گرما استفاده می شود.

4- واکنش‌ ها

فرآیند نیتروفسفات که همچنین به عنوان فرآیند اودا نیز شناخته می شود، روشی برای تولید صنعتی کودهای نیتروژنی بوده است که توسط ارلینگ جانسون در شهر اودا، نروژ در حدود سال 1927 اختراع شده است. کلسیم نیترات یکی از حد واسط های مربوط به این واکنش است:

مانند همه ی نیترات فلزات قلیایی خاکی، کلسیم نیترات نیز در صورت حرارت دادن تجزیه می شود و دی اکسید نیتروژن آزاد می کند. شروع تجزیه این نمک در 500 درجه سانتی گراد اتفاق می افتد:

5-روش تولید

در فرایند تولید کلسیم نیترات، ابتدا سنگ آهک با نیتریک اسید واکنش داده می شود. سپس برای خنثی سازی به آن آمونیاک اضافه می کنند:

این محصول را همچنین می توان از واکنش دادن نیترات آمونیوم با کلسیم هیدروکسید به دست آورد:

6-تحقیقات جدید

اخیرا مشخصات ترمودینامیکی کلسیم نیترات، به شکل جامع بررسی شده است. خواص ترمودینامیکی کلسیم نیترات، به علت توسعه داده های ترمودینامیکی که در تکنولوژی های مرتبط با ذخیره انرژی گرمایی ارتباط دارد، حائز اهمیت است.

7-نگهداری

این ماده تحت شرایط نرمال پایدار است. در صورت بالا بودن رطوبت محیط، میتواند از اتمسفر بخار آب را جذب کند و آب هیدراته آن دچار تغییر شود. همچنین بایستی تدابیری اتخاذ شود تا تولید و جمع شدن غبار این ماده به حداقل برسد تا وارد بدن افراد نشود. از خیس شدن، وارد شدن ضربه و حرارت شدید به آن جلوگیری باید جلوگیری شود. کلسیم نیترات به علت ناسازگار بودن با موادی همچون  اسیدهای قوی، بازهای قوی، عوامل احیا کننده قوی، آمونیاک، ریز پودر فلزات، هیدرازین، مواد آلی و مواد اشتعال زا, بایستی در مکان و قفسه ای جداگانه و به دور از این مواد نگهداری شود.

8-ایمنی

محیط کار  این ماده بایستی تهویه مناسب داشته باشد. کلسیم نیترات اکسید کننده ای قوی است و در صورت برخورد با سایر مواد ممکن است باعث ایجاد آتش سوزی شود. اگر به این ماده حرارت مستقیم داده شود و یا با شعله تماس داشته باشد، ممکن است به شکل انفجاری تجزیه شود. ظرف حاوی ماده ممکن است در صورت گرم شدن منفجر شود. در صورت اضافه شدن به آتش می تواند سرعت سوختن را شتاب بخشد.
همین خاصیت اکسیدکنندگی در بدن و محیط زیست بسیار آسیب رسان عمل می کند.