В результате взаимодействия углерода с металлами при высоких температурахполучаются карбиды. Например, карбид кальция: Ca + 2C → CaC2. Из всех карбидов он имеет наибольшее практическое значение. Чистый CaC2 — хорошо кристаллизующееся твердое вещество, бесцветные кристаллы образованы ионами Ca2+ и C2-. Другие его названия — ацетиленид кальция или углеродистый кальций. Молярная масса равняется 64,1 г/моль. Он не летуч и не растворим ни в одном из известных растворителей, а под действием воды разлагается. Плотность его составляет 2,22 г/см³. Температура плавления равняется 2160°С, а кипения — 2300°С. По степени воздействия на организм относится к веществам чрезвычайно опасным (1-й класс опасности).
Впервые ацетиленид кальция был получен в 1862 году немецким химиком Фридрихом Велером при нагревании с углем сплава из цинка и кальция. Им же была описана реакция углеродистого кальция с H2O. Даже с ее следами (например, с атмосферной влагой) карбид кальция реагирует энергично, с выделением большого количества тепла. Но в случае недостатка воды может произойти самовоспламенение образующегося ацетилена. Карбид кальция бурно взаимодействует с разбавленными неорганическими кислотами и водными растворами щелочей. При этом также происходит выделение ацетилена. Являясь сильным восстановителем, CaC2 способен восстанавливать все оксиды металлов до карбидов или чистых металлов.
Получение карбида кальция удобнее не из самого кальция, а его окисла. При высокой температуре (от 2000 до 2300°С) происходит его восстановление. При этом металл и углерод соединяются: CaO + 3C → CO↑ + CaC2. Процесс протекает в электродуговой печи, где накаливают смесь негашеной извести и кокса или антрацита. Технический продукт окрашен, имеет сероватый цвет, так как содержит примеси в виде свободного углерода, окиси, а также сульфида, фосфида кальция и других химических соединений. Массовая доля CaC2 в нем составляет 80—85%.
При взаимодействии карбидов с водой выделяется или металл, или ацетилен. По второму варианту с водой реагирует карбид кальция. Ацетилен, полученный в результате реакции, которая имеет промышленное значение: 2H2O + CaC2 → C2H2 + Ca(OH)2, является техническим и имеет неприятный запах, так как содержит ряд примесей (NH3, H2S, PH3 и другие). Хотя в чистом виде он является бесцветным газом с характерным слабоватым запахом, и он довольно хорошо растворяется в воде. Имеет большое значение для получения цианамида кальция (является сырьем в производстве цианистых соединений или применяется в качестве удобрения) из карбида взаимодействием его с азотом по уравнению реакции: N2 + CaC2 → CaCN2 + C.
В прошлом CaC2 широко использовался в карбидных лампах, где служил источником ацетиленового пламени. В настоящее время применение такого источника света ограничивается в основном спелеологией, его используют также в бакенах и маяках. Другие важные направления применения CaC2 — это химические технологии, где он является сырьем. Например, в производстве продуктов органического синтеза, главным из них является каучук синтетический. Также из углеродистого кальция получают ацетиленовую сажу, винилхлорид, уксусную кислоту, акрилонитрил, этилен, ацетон, искусственные смолы, стирол. В металлургии служит для раскисления металлов и десульфурации (снижение содержания кислорода и серы соответственно). Карбид кальция используют для изготовления регулятора роста растений, порошкового карбидного реагента (ацетиленовая сварка).
Получение каждой тонны CaC2 требует примерно 3 тысячи квт/час электроэнергии. Поэтому оно оправдано при наличии низких цен на нее. Однако в целом мировое производство углеродистого кальция растет. Если в 70-х годах предшествующего столетия ежегодно вырабатывалось до 5 миллионов тонн, то в нашем веке это количество выросло примерно вдвое. Так, в Китае производство ацетилена на основе карбида кальция является основным источником сырья для химической промышленности, в частности, для производства поливинилхлорида. Получение ацетилена из своего сырья экономичнее, чем при использовании импортной нефти. Поэтому производство его в Китае растет. В 2005 году оно достигало 8,94 миллионов тонн, и была реальная возможность выпускать 17 миллион тонн.
В отличие от Китая, в США, Европе и Японии потребление углеродистого кальция, как правило, снижается. Уровень его производства в США в 90-х годах составлял всего 236 тысяч тонн в год. В нашей стране карбид кальция выпускают по техническим условиям, изложенным в ГОСТ 1460-81. Основные его потребители — это Украина, Узбекистан, Румыния и Словакия. Из-за высокой энергоемкости продукта и в связи с ростом цен на электроэнергию потребление ацетиленида кальция в России и странах-экспортерах снизилось вдвое.
