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Articulo de referencia

Óxido de calcio

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El óxido de calcio ( fórmula : Ca₂O₃ ), comúnmente conocido como cal viva o cal quemada , es un compuesto químico ampliamente utilizado . Es un sólido cristalino , blanco , cáustico y alcalino a temperatura ambiente . El término cal , de uso general, se refiere a compuestos inorgánicos que contienen calcio , en los que predominan los carbonatos , óxidos e hidróxidos de calcio , silicio , magnesio , aluminio y hierro . Por el contrario, el término cal viva se refiere específicamente al óxido de calcio como compuesto único. El óxido de calcio que permanece sin reaccionar durante el procesamiento en productos de construcción , como el cemento , se denomina cal libre . [ 6 ]

La cal viva es relativamente barata. Tanto la cal viva como su derivado químico, el hidróxido de calcio (del cual la cal viva es el anhídrido base ), son productos químicos básicos importantes.

Preparación

El óxido de calcio se obtiene generalmente mediante la descomposición térmica de materiales, como la piedra caliza o las conchas marinas , que contienen carbonato de calcio ( CaCO₃ ; mineral calcita ) en un horno de cal . Esto se logra calentando el material a más de 825 °C (1517 °F) , [ 7 ] [ 8 ] un proceso llamado calcinación o cocción de la cal , para liberar una molécula de dióxido de carbono ( CO₂ ) , dejando atrás la cal viva. Esta es también una de las pocas reacciones químicas conocidas en tiempos prehistóricos . [ 9 ]  

CaCO 3 (s) → CaO (s) + CO 2 (g)

La cal viva no es estable y, al enfriarse, reacciona espontáneamente con el CO₂ del aire hasta que, después de un tiempo suficiente, se convierte completamente de nuevo en carbonato de calcio, a menos que se apague con agua para fraguar como yeso de cal o mortero de cal .

La producción mundial anual de cal viva ronda los 283 millones de toneladas. China es, con diferencia, el mayor productor mundial, con un total de aproximadamente 170 millones de toneladas al año. Estados Unidos ocupa el segundo lugar, con alrededor de 20 millones de toneladas al año. [ 10 ]

Usos

Demostración de la desactivación de la cal viva como una reacción fuertemente exotérmica. Se añaden gotas de agua a trozos de cal viva. Tras un tiempo, se produce una marcada reacción exotérmica ("desactivación de la cal"). La temperatura puede alcanzar hasta unos 300 °C (572 °F) .  
CaO (s) + H 2 O (l) ⇌ Ca(OH) 2 (aq) (ΔH r = −63,7  kJ/mol de CaO)
Al hidratarse, se produce una reacción exotérmica y el sólido se expande. El hidrato se puede reconvertir en cal viva eliminando el agua mediante calentamiento hasta que se ponga al rojo vivo, revirtiendo así la reacción de hidratación. Un litro de agua se combina con aproximadamente 3,1 kilogramos (6,8 lb) de cal viva para producir hidróxido de calcio y 3,54 MJ de energía. Este proceso se puede utilizar para proporcionar una fuente de calor portátil y práctica, por ejemplo, para calentar alimentos al instante en una lata autocalentable , cocinar y calentar agua sin llamas abiertas. Varias empresas venden kits de cocina que utilizan este método de calentamiento. [ 12 ]  
  • Es un aditivo alimentario utilizado como regulador de acidez, agente de tratamiento de la harina y leudante. [ 13 ] Tiene el número E E529 .
  • Luz: Cuando la cal viva se calienta a 2400 °C (4350 °F) , emite un brillo intenso. Esta forma de iluminación se conoce como luz de cal y se utilizaba ampliamente en producciones teatrales antes de la invención de la iluminación eléctrica. [ 14 ]  
  • Cemento: El óxido de calcio es un ingrediente clave en el proceso de fabricación del cemento .
  • Como un álcali barato y ampliamente disponible. [ 15 ]
  • Industria petrolera: Las pastas detectoras de agua contienen una mezcla de óxido de calcio y fenolftaleína . Si esta pasta entra en contacto con el agua de un tanque de combustible, el óxido de calcio reacciona con el agua para formar hidróxido de calcio. El hidróxido de calcio tiene un pH lo suficientemente alto como para que la fenolftaleína adquiera un color rosa violáceo intenso, lo que indica la presencia de agua.
  • Proceso de fabricación de pulpa química : El óxido de calcio se utiliza para producir hidróxido de calcio , que a su vez se utiliza para regenerar el hidróxido de sodio a partir del carbonato de sodio en el proceso de recuperación química en las fábricas de pulpa kraft .
  • Yeso: Existe evidencia arqueológica de que los humanos del Neolítico B precerámico usaban yeso a base de piedra caliza para pisos y otros usos. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] Este tipo de piso de cal y ceniza se mantuvo en uso hasta finales del siglo XIX.
  • Producción química o energética: Se pueden utilizar aerosoles sólidos o suspensiones de óxido de calcio para eliminar el dióxido de azufre de los gases de escape en un proceso denominado desulfuración de gases de combustión .
  • Captura y almacenamiento de carbono : El óxido de calcio se puede utilizar para capturar dióxido de carbono de los gases de combustión en un proceso llamado ciclo de calcio .
  • Minería: Los cartuchos de cal comprimida aprovechan las propiedades exotérmicas de la cal viva para fracturar la roca. Se perfora un orificio en la roca de la forma habitual y se coloca un cartucho sellado de cal viva en su interior, compactándolo . A continuación, se inyecta agua en el cartucho y la liberación de vapor resultante, junto con el mayor volumen del sólido hidratado residual, fractura la roca. Este método no funciona si la roca es particularmente dura. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
  • Disposición de cadáveres: Históricamente, se creía erróneamente que la cal viva aceleraba la descomposición de los cadáveres. Sin embargo, su aplicación puede, de hecho, favorecer su conservación. La cal viva puede ayudar a eliminar el hedor a descomposición, lo que pudo haber llevado a esta conclusión errónea. [ 22 ]
  • Se ha determinado que la durabilidad del hormigón de la antigua Roma se atribuye en parte al uso de cal viva como ingrediente. Combinada con la mezcla en caliente, la cal viva crea clastos de cal de tamaño macroscópico con una arquitectura de nanopartículas característicamente frágil. A medida que se forman grietas en el hormigón, estas se propagan preferentemente a través de los clastos de cal estructuralmente más débiles, fracturándolos. Cuando el agua penetra en estas grietas, crea una solución saturada de calcio que puede recristalizarse como carbonato de calcio, rellenando rápidamente la grieta. [ 23 ]

Arma

David Hume , en su Historia de Inglaterra , relata que a principios del reinado de Enrique III , la Armada inglesa destruyó una flota francesa invasora cegándola con cal viva. [ 24 ] Es posible que la cal viva se utilizara en la guerra naval medieval, incluso hasta el uso de morteros de cal para arrojarla a los barcos enemigos. [ 25 ]

Sustitutos

La piedra caliza es un sustituto de la cal en muchas aplicaciones, incluyendo la agricultura, el fundente y la eliminación de azufre. La piedra caliza, que contiene menos material reactivo, reacciona más lentamente y puede presentar otras desventajas en comparación con la cal, según la aplicación; sin embargo, es considerablemente menos costosa que la cal. El yeso calcinado es un material alternativo en enlucidos y morteros industriales. El cemento, el polvo de horno de cemento, las cenizas volantes y el polvo de horno de cal son sustitutos potenciales para algunos usos de la cal en la construcción. El hidróxido de magnesio es un sustituto de la cal en el control del pH, y el óxido de magnesio es un sustituto de la cal dolomítica como fundente en la fabricación de acero. [ 26 ]

Seguridad

Debido a la intensa reacción de la cal viva con el agua, esta causa irritación grave al inhalarse o al entrar en contacto con la piel o los ojos húmedos. La inhalación puede provocar tos, estornudos y dificultad para respirar. Posteriormente, puede derivar en quemaduras con perforación del tabique nasal, dolor abdominal, náuseas y vómitos. Si bien la cal viva no se considera un riesgo de incendio, su reacción con el agua puede liberar suficiente calor como para inflamar materiales combustibles. [ 27 ]

Mineral

El óxido de calcio también es una especie mineral independiente (con la fórmula unitaria CaO), denominada «cal». [ 28 ] [ 29 ] Posee un sistema cristalino isométrico y puede formar una serie de solución sólida con la monteponita . El cristal es frágil, pirometamórfico e inestable en aire húmedo, transformándose rápidamente en portlandita ( Ca(OH) 2 ). [ 30 ] [ 31 ]

Referencias

  1. 1 2 Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92.ª  ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press . pág.  4.55. ISBN 1-4398-5511-0.
  2. ↑ Óxido de calcio ( Archivado el 30/12/2013 en Wayback Machine ). Base de datos GESTIS
  3. 1 2 Zumdahl, Steven S. (2009). Principios de química, 6.ª ed . Houghton Mifflin Company. pág. A21. ISBN  978-0-618-94690-7.
  4. 1 2 3 4 Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos. "#0093" . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  5. ↑ "Hoja de datos de seguridad: óxido de calcio" . ThermoFisher Scientific. pág. 5. Consultado el 12 de septiembre de 2025 . 
  6. ↑ "cal libre" . DictionaryOfConstruction.com. Archivado del original el 9 de diciembre de 2017.
  7. ↑ Índice Merck de productos químicos y fármacos, 9.ª edición, monografía 1650
  8. ^ Kumar, Gupta Sudhir; Ramakrishnan, Anushuya; Hung, Yung-Tse (2007), "Calcinación con cal", en Wang, Lawrence K.; Hung, Yung-Tse; Shammas, Nazih K. (eds.), Tecnologías avanzadas de tratamiento fisicoquímico , Manual de ingeniería ambiental, vol. 5, Totowa, Nueva Jersey: Humana Press, págs. 611–633 , doi : 10.1007/978-1-59745-173-4_14 , ISBN   978-1-58829-860-7, consultado el 26 de julio de 2022
  9. ↑ "La cal a lo largo de la historia | Lhoist - Productor de minerales y cal" . Lhoist.com . Consultado el 10 de marzo de 2022 .
  10. ↑ Miller, M. Michael (2007). "Cal". Anuario de Minerales (PDF) . Servicio Geológico de los Estados Unidos . pág. 43.13. Archivado del original (PDF) el 14 de mayo de 2017. Recuperado el 31 de marzo de 2009 . 
  11. ↑ Patente estadounidense 3955554 , Collie, Robert L., "Sistema de calefacción solar", emitida el 11 de mayo de 1976. 
  12. ↑ Gretton, Lel. "El poder de la cal para cocinar: de las ollas medievales a las latas del siglo XXI" . Old & Interesting . Consultado el 13 de febrero de 2018 .
  13. ↑ "Resumen del compuesto CID 14778 - Óxido de calcio" . PubChem.
  14. ↑ Gray, Theodore (septiembre de 2007). "Limelight en el centro de atención" . Popular Science : 84. Archivado del original el 13 de octubre de 2008. Consultado el 31 de marzo de 2009 .
  15. ↑ Tony Oates (2007), "Cal y piedra caliza", Enciclopedia de química industrial de Ullmann (7.ª ed.), Wiley, págs. 1–32 , doi : 10.1002/14356007.a15_317 , ISBN   978-3527306732
  16. ↑ Universidad de Tel Aviv (9 de agosto de 2012). "El hombre neolítico: ¿el primer leñador?" . phys.org . Consultado el 2 de febrero de 2023 .
  17. ↑ Karkanas, P.; Stratouli, G. (2011). "Suelos neolíticos enlucidos con cal en la cueva de Drakaina, isla de Cefalonia, Grecia occidental: evidencia de la importancia del sitio". The Annual of the British School at Athens . 103 : 27–41 . doi : 10.1017/S006824540000006X . S2CID 129562287 . 
  18. ↑ Connelly, Ashley Nicole (mayo de 2012). Análisis e interpretación de los rituales funerarios del Neolítico del Cercano Oriente desde una perspectiva comunitaria (PDF) (Tesis). Texas: Universidad de Baylor. Archivado del original (PDF) el 9 de marzo de 2015.
  19. ↑ Walker, Thomas A (1888). El túnel de Severn: su construcción y dificultades . Londres: Richard Bentley and Son. pág. 92 . 
  20. ↑ "Notas científicas e industriales". Manchester Times . Manchester, Inglaterra: 8. 13 de mayo de 1882.
  21. ↑ Patente estadounidense 255042 , expedida el 14 de marzo de 1882 
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  23. ↑ "Enigma resuelto: ¿Por qué el hormigón romano era tan duradero?" , MIT News , 6 de enero de 2023
  24. ↑ David Hume (1756). Historia de Inglaterra . Vol. I. 
  25. ↑ Sayers, W. (2006). "El uso de cal viva en la guerra naval medieval". The Mariner's Mirror . 92 (3): 262– 269. doi : 10.1080/00253359.2006.10657001 .
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  28. ↑ "Lista de minerales" . Ima-mineralogy.org . 21 de marzo de 2011.
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  • Factores que afectan la calidad de la cal viva
  • Científico estadounidense (discusión sobre la datación por carbono 14 del mortero)
  • Producto químico de la semana: la cal
  • Hoja de datos de seguridad del material
  • Guía de bolsillo del CDC-NIOSH sobre riesgos químicos