Cal

La Cal u óxido de calcio (CaO), comúnmente conocido como cal viva o cal quemada, es un compuesto químico muy utilizado. Es un sólido blanco, cáustico, alcalino, cristalino a temperatura ambiente. El término " cal ", ampliamente utilizado, connota materiales inorgánicos que contienen calcio, en los que predominan los carbonatos, óxidos e hidróxidos de calcio, silicio, magnesio, aluminio y hierro. Por el contrario, la cal viva se aplica específicamente al óxido de calcio compuesto químico único. El óxido de calcio que sobrevive al procesamiento sin reaccionar en productos de construcción como el cemento se llama cal libre.

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

Preparación

El óxido de calcio generalmente se produce mediante la descomposición térmica de materiales, como piedra caliza o conchas marinas, que contienen carbonato de calcio (CaCO ₃; calcita mineral) en un horno de cal. Esto se logra calentando el material a más de 825 °C (1517 °F), un proceso llamado calcinación o quema de cal, para liberar una molécula de dióxido de carbono (CO ₂), dejando cal viva. Esta es también una de las pocas reacciones químicas conocidas en tiempos prehistóricos.CaCO3 (s) → CaO(s) + CO2 _(g)

La cal viva no es estable y, cuando se enfría, reaccionará espontáneamente con el CO ₂ del aire hasta que, después de un tiempo suficiente, se volverá a convertir por completo en carbonato de calcio, a menos que se apague con agua para fraguar como revoque de cal o mortero de cal.

La producción mundial anual de cal viva es de alrededor de 283 millones de toneladas. China es, con mucho, el mayor productor mundial, con un total de alrededor de 170 millones de toneladas por año. Estados Unidos es el siguiente más grande, con alrededor de 20 millones de toneladas por año.

Se requieren aproximadamente 1,8 t de piedra caliza por 1,0 t de cal viva. La cal viva tiene una alta afinidad por el agua y es un desecante más eficiente que el gel de sílice. La reacción de la cal viva con el agua está asociada con un aumento de volumen por un factor de al menos 2,5.

Usos

• El principal uso de la cal viva es en el proceso básico de fabricación de acero al oxígeno (BOS). Su uso varía de aproximadamente 30 a 50 kilogramos (65 a 110 libras) por tonelada de acero. La cal viva neutraliza los óxidos ácidos, SiO ₂, Al ₂ O ₃ y Fe ₂ O ₃, para producir una escoria fundida básica.
• La cal viva molida se utiliza en la producción de bloques de hormigón celular, con densidades de aprox. 0,6 a 1,0 g / cm (9,8 a 16,4 g / pulgada cúbica).
• La cal viva y la cal hidratada pueden aumentar considerablemente la capacidad de carga de los suelos arcillosos. Lo hacen al reaccionar con sílice y alúmina finamente divididas para producir silicatos y aluminatos de calcio, que poseen propiedades cementantes.
• Pequeñas cantidades de cal viva se utilizan en otros procesos; por ejemplo, la producción de vidrio, cemento de aluminato de calcio y productos químicos orgánicos.
• Calor: La cal viva libera energía térmica por la formación del hidrato, hidróxido de calcio, por la siguiente ecuación:

CaO (s) + H ₂ O (l) ⇌ Ca(OH) ₂ (aq) (ΔH _r = −63,7 kJ/mol de CaO)A medida que se hidrata, se produce una reacción exotérmica y el sólido se hincha. El hidrato se puede reconvertir en cal viva eliminando el agua calentándola hasta que se enrojezca para revertir la reacción de hidratación. Un litro de agua se combina con aproximadamente 3,1 kilogramos (6,8 libras) de cal viva para dar hidróxido de calcio más 3,54 MJ de energía. Este proceso se puede utilizar para proporcionar una fuente de calor portátil conveniente, como para calentar alimentos en el lugar en una lata de autocalentamiento, cocinar y calentar agua sin llamas abiertas. Varias empresas venden kits de cocina con este método de calentamiento.

• Es conocido como aditivo alimentario por la FAO como regulador de la acidez, agente de tratamiento de harinas y como leudante. Tiene 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 centro de atención y se usaba ampliamente en producciones teatrales antes de la invención de la iluminación eléctrica.
• Cemento: El óxido de calcio es un ingrediente clave para el proceso de elaboración del cemento.
• Como un álcali barato y ampliamente disponible. Alrededor del 50% de la producción total de cal viva se convierte en hidróxido de calcio antes de su uso. Tanto la cal viva como la hidratada se utilizan en el tratamiento del agua potable.
• Industria del petróleo: Las pastas de detección de agua contienen una mezcla de óxido de calcio y fenolftaleína. Si esta pasta entra en contacto con agua en un tanque de almacenamiento de combustible, el CaO reacciona con el agua para formar hidróxido de calcio. El hidróxido de calcio tiene un pH lo suficientemente alto como para convertir la fenolftaleína en un color rosa púrpura intenso, lo que indica la presencia de agua.
• Papel: El óxido de calcio se utiliza para regenerar hidróxido de sodio a partir de carbonato de sodio en la recuperación química en las plantas de celulosa Kraft.
• Yeso: Existe evidencia arqueológica de que los humanos del Neolítico B antes de la cerámica usaban yeso a base de piedra caliza para pisos y otros usos. Dicho suelo de cal-ceniza se mantuvo en uso hasta finales del siglo XIX.
• Producción de productos químicos o energía: se pueden usar aerosoles sólidos o lodos de óxido de calcio para eliminar el dióxido de azufre de las corrientes de escape en un proceso llamado desulfuración de gases de combustión.
• Minería: Los cartuchos de cal comprimida aprovechan las propiedades exotérmicas de la cal viva para romper la roca. Se perfora un agujero de tiro en la roca de la manera habitual y se coloca dentro y se apisona un cartucho sellado de cal viva. Luego se inyecta una cantidad de agua en el cartucho y la liberación de vapor resultante, junto con el mayor volumen del sólido hidratado residual, rompe la roca. El método no funciona si la roca es particularmente dura.
• Disposición de cadáveres: Históricamente, se creía erróneamente que la cal viva era eficaz para acelerar la descomposición de los cadáveres. La aplicación de cal viva puede, de hecho, promover la conservación. La cal viva puede ayudar a erradicar el hedor de la descomposición, que puede haber llevado a las personas a la conclusión errónea.

Arma

En el 80 a. C., el general romano Sertorio desplegó asfixiantes nubes de polvo de cal cáustica para derrotar a los characitani de Hispania, que se habían refugiado en cuevas inaccesibles. Un polvo similar se usó en China para sofocar una revuelta campesina armada en el año 178 d. C., cuando carros de cal equipados con fuelles arrojaron polvo de piedra caliza a la multitud.

También se cree que la cal viva fue un componente del fuego griego. Al entrar en contacto con el agua, la cal viva aumentaría su temperatura por encima de los 150 °C (302 °F) y encendería el combustible.

David Hume, en su Historia de Inglaterra, cuenta que a principios del reinado de Enrique III, la armada inglesa destruyó una flota invasora francesa cegando a la flota enemiga con cal viva. Es posible que la cal viva se haya utilizado en la guerra naval medieval, hasta el uso de "morteros de cal" para arrojarla a los barcos enemigos.

Suplentes

La piedra caliza es un sustituto de la cal en muchas aplicaciones, que incluyen agricultura, fundente y eliminación de azufre. La piedra caliza, que contiene menos material reactivo, reacciona más lentamente y puede tener otras desventajas en comparación con la cal, dependiendo de la aplicación; sin embargo, la piedra caliza es considerablemente menos costosa que la cal. El yeso calcinado es un material alternativo en revoques 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.

La seguridad

Debido a la vigorosa reacción de la cal viva con el agua, la cal viva causa irritación severa cuando se inhala o se pone en contacto con la piel o los ojos húmedos. La inhalación puede causar tos, estornudos y dificultad para respirar. Luego puede evolucionar a quemaduras con perforación del tabique nasal, dolor abdominal, náuseas y vómitos. Aunque la cal viva no se considera un riesgo de incendio, su reacción con el agua puede liberar suficiente calor para encender materiales combustibles.

Ocurrencia natural

Cabe señalar que CaO también es una especie mineral separada, llamada cal. Un mineral pirometamórfico, es raro, ya que es inestable en el aire húmedo y se convierte rápidamente en portlandita, Ca(OH) ₂.