生熟石灰和灰石的三角關係

生熟石灰和灰石的三角關係
高雄市左營國中林瑞文

各位同學，今天我們要介紹生石灰、熟石灰和灰石的三角關係，請看下圖一：

圖一 生石灰、熟石灰和灰石的三角關係


我們先從氧化鈣、生石灰(也就是所謂的石灰)談起，在以前的建築工地常可以看到它的影子，以前建屋時很少油漆內牆，大都是用石灰塗在牆上呈白色，當時買石灰都是買一大塊，放在門前的曬穀場中，灑上一些水後，遇水的石灰變成體積較鬆的熟石灰，會散成小塊，石灰溶於水是放熱反應(65.3kJ/mol)，放出的熱量甚至可以讓四週的水"滾"起來(即沸騰)，其反應式就是圖一的<1>：
<1> CaO(s) ＋ H2O(l) → Ca(OH)2(aq)
在武俠小說中大俠的眼睛被小人用石灰粉所傷，是非常嚴重的事(眼中有淚水)，又不能用水沖(石灰遇水放熱)，要用煮菜的油沖洗才安全。利用一公斤的CaO可吸收0.32公斤水的特色，石灰也常被當成乾燥劑，放入食品或藥品包裝中(圖二)，一旦吸收水份後變為Ca(OH)2，就沒有乾燥效用，可以功成身退了。此外在野外露營因動物眼、口、鼻接觸石灰會引起不適，所以用來防止蛇類接近，運動會時也用石灰的白色特性在場地劃線。





圖二 食品包裝中的乾燥劑
反應式<1>的產物氫氧化鈣，為熟石灰也叫消石灰，生石灰+水→熟石灰，是不是很有意思，農民有時將弱鹼性的消石灰混入農地中以使酸化的土地增加酸鹼值，熟石灰的水溶液就是石灰水，經常用來檢驗二氧化碳的存在，把二氧化碳通入澄清石灰水中，會產生碳酸鈣的沉澱，使石灰水變混濁，在圖一的反應式<2>就是這回事：
<2> Ca(OH)2 (aq) ＋ CO2(g) → CaCO3(s) ＋H2O(l)
日常生活中許多地方都有 碳酸鈣的蹤影，例如蛋殼、大理石、水泥、石灰岩、珊瑚礁、磨石地板等，不要小看碳酸鈣，咱們現在地球有這般鳥語花香，碳酸鈣可要在功勞簿上記上一筆，話說在地球形成初期，那時地底的能量比起現在可是"金光強強滾！"，到處都是火山爆發，火山噴出的氣體中含有許多二氧化碳和水氣，我們都知道二氧化碳是造成溫室效應的重要氣體，所以在當時地球上，溫度高到絕對不會有萬物滋長，後來空氣中的水氣達到飽和，大雨大雨就一直下，湖泊、海洋形成後溶入二氧化碳(CO2微溶於水)，再加上後來一些藻類及珊瑚蟲吸收二氧化碳產生碳酸鈣，長久以來，才使二氧化碳的在大氣中的含量逐漸減少，溫室效應減少後的地球才成為萬物的舞台，因此在珊瑚礁和其轉變成的石灰岩、甚至再受高溫高壓變質而成的大理岩中，其主要成份都是碳酸鈣。
要把碳酸鈣中的二氧化碳趕出來可能嗎？最簡單的方法是加酸性溶液，所以把鹽酸滴在大理石或磨石地板、蛋放入醋酸中，所產生的氣體都是二氧化碳(註一)，若要圖一中三角形左下角的灰石回到上方處的石灰，就要把碳酸鈣加熱，不過要是想用國中、小實驗室中的酒精燈來做就成了"Mission Impossible"了，叫湯姆克魯斯來都沒辦法，因為酒精燈無法提供足夠的高溫度，但在煉鋼廠中煉鐵的高爐的溫度就夠高，加入高爐中的碳酸鈣會被分解成石灰和二氧化碳(方程式<3>)，其中石灰會和泥砂(SiO2)形成密度較輕的熔渣浮在鐵水(液態鐵)上，防止已煉好的鐵因爐中高溫再次與氧結合。
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<3> CaCO3(s) → CaO(s) ＋ CO2(g)
石灰、熟石灰及灰石都是常見的物質，名稱的相近，顯示彼此密切的關係，在生活中我們還可以找到類似的例子，如蘇打及小蘇打，
探究其原委，可令我們深深體會自然的妙奧！



註一： CaCO3(s) ＋ 2H+ → Ca2+＋ CO2(g)＋ H2O(l)