Hidróxido de calcio

hidróxido de calcio (tradicionalmente llamado cal apagada) es un compuesto inorgánico con la fórmula química Ca(OH)₂. Es un cristal incoloro o polvo blanco y se produce cuando se mezcla cal viva (óxido de calcio) con agua. Tiene muchos nombres que incluyen cal hidratada, cal cáustica, cal constructora' lima, cal apagada, cal y cal encurtida. El hidróxido de calcio se utiliza en muchas aplicaciones, incluida la preparación de alimentos, donde se ha identificado con el número E E526. Agua de cal, también llamada lechada de cal, es el nombre común de una solución saturada de hidróxido de calcio.

Propiedades

El hidróxido de calcio es poco soluble en agua, con una solubilidad retrógrada que aumenta de 0,66 g/l a 100 °C a 1,89 g/l a 0 °C. Con un producto de solubilidad Ksp de 5,02×10⁻⁶ a 25 °C, su disociación en agua es lo suficientemente grande como para que sus soluciones son básicos según la siguiente reacción de disolución:

Ca (OH)₂ → Ca²⁺ + 2 OH⁻

A temperatura ambiente, el hidróxido de calcio (portlandita) se disuelve en agua para producir una solución alcalina con un pH de aproximadamente 12,5. Las soluciones de hidróxido de calcio pueden provocar quemaduras químicas. A valores de pH elevados, debido al efecto del ion común con el anión hidróxido, su solubilidad disminuye drásticamente. Este comportamiento es relevante para las pastas de cemento. Las soluciones acuosas de hidróxido de calcio se llaman agua de cal y son bases de resistencia media, que reaccionan con ácidos y pueden atacar algunos metales como el aluminio (hidróxido anfótero que se disuelve a pH alto), al mismo tiempo que protegen a otros metales, como el hierro y el acero, de la corrosión por pasivación de su superficie. El agua de cal se vuelve lechosa en presencia de dióxido de carbono debido a la formación de carbonato de calcio insoluble, un proceso llamado carbonatación:

Ca (OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

Cuando se calienta a 512 °C, la presión parcial del agua en equilibrio con el hidróxido de calcio alcanza los 101 kPa (presión atmosférica normal), lo que descompone el hidróxido de calcio en óxido de calcio y agua.:

Ca (OH)₂ → CaO + H₂O

El hidróxido de calcio reacciona con el cloruro de hidrógeno para dar primero hidroxicloruro de calcio y luego cloruro de calcio.

Estructura, preparación, ocurrencia

El hidróxido de calcio adopta una estructura polimérica, al igual que todos los hidróxidos metálicos. La estructura es idéntica a la del Mg(OH)₂ (estructura de brucita); es decir, el motivo de yoduro de cadmio. Existen fuertes enlaces de hidrógeno entre las capas.

El hidróxido de calcio se produce comercialmente tratando (apagando) la cal con agua:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

En el laboratorio se puede preparar mezclando soluciones acuosas de cloruro de calcio e hidróxido de sodio. La forma mineral, portlandita, es relativamente rara, pero se puede encontrar en algunas rocas volcánicas, plutónicas y metamórficas. También se sabe que surge en los vertederos de carbón quemados.

Se ha detectado la especie ionizada cargada positivamente CaOH⁺ en la atmósfera de estrellas de tipo S.

Solubilidad retrógrada

Según Hopkins y Wulff (1965), la disminución de la solubilidad del hidróxido de calcio con la temperatura era conocida desde los trabajos de Marcellin Berthelot (1875) y Julius Thomsen (1883) (ver principio de Thomsen-Berthelot), cuando la presencia de iones en soluciones acuosas todavía estaba en duda. Desde entonces, ha sido estudiado en detalle por muchos autores, entre otros, Miller y Witt (1929) o Johnston y Grove (1931) y refinado muchas veces (p. ej., Greenberg y Copeland (1960); Hopkins y Wulff (1965); Seewald y Seyfried (1991); Duchesne y Reardon (1995)).

La razón de este comportamiento poco común es que la disolución de hidróxido de calcio en agua implica una disminución de entropía, debido al ordenamiento de las moléculas de agua alrededor del ion calcio doblemente cargado. Esta dependencia de la solubilidad con la temperatura, contraintuitiva, se denomina como "retrógrado" o "inversa" solubilidad. Las fases variablemente hidratadas del sulfato de calcio (yeso, bassanita y anhidrita) también exhiben una ligera solubilidad retrógrada debido a la presencia del ion calcio. Sin embargo, otras sales de calcio como el cloruro de calcio muestran un aumento en la solubilidad ya que el cambio de entalpía es mayor y domina el cambio de energía libre durante la disolución. En todos los casos, la disolución es exotérmica.

Usos

El hidróxido de calcio se usa comúnmente para preparar mortero de cal.

Una aplicación importante del hidróxido de calcio es como floculante en el tratamiento de agua y aguas residuales. Forma un sólido cargado esponjoso que ayuda a eliminar partículas más pequeñas del agua, lo que da como resultado un producto más claro. Esta aplicación es posible gracias al bajo costo y la baja toxicidad del hidróxido de calcio. También se utiliza en el tratamiento de agua dulce para elevar el pH del agua de modo que las tuberías no se corroan cuando el agua base es ácida, porque se autorregula y no eleva demasiado el pH.

También se utiliza en la preparación de gas amoniaco (NH₃), mediante la siguiente reacción:

Ca (OH)₂ + 2 NH4Cl → 2 NH3 + CaCl2 + 2 H₂O

Otra gran aplicación es en la industria del papel, donde es un intermediario en la reacción de producción de hidróxido de sodio. Esta conversión es parte del paso de caustificación en el proceso Kraft para fabricar pulpa. En la operación de caustificación, se agrega cal quemada al licor verde, que es una solución principalmente de carbonato de sodio y sulfato de sodio producido al disolver el fundido, que es la forma fundida de estos productos químicos del horno de recuperación.

En cultivos hortícolas, el hidróxido de calcio se utiliza como fungicida. Aplicaciones del 'agua de cal' Previene el desarrollo de cancros causados por el hongo patógeno Neonectria galligena. Los árboles se rocían cuando están inactivos en invierno para evitar quemaduras tóxicas provocadas por el hidróxido de calcio altamente reactivo. Este uso está autorizado en la Unión Europea y el Reino Unido según la normativa de Sustancias Básicas.

El hidróxido de calcio se utiliza en odontología, principalmente en la especialidad de endodoncia.

Industria alimentaria

Por su baja toxicidad y la suavidad de sus propiedades básicas, la cal apagada se utiliza ampliamente en la industria alimentaria:

• En la producción de alimentos certificados por USDA en plantas y ganado
• Para aclarar el jugo crudo de la caña de azúcar o las remolachas de azúcar en la industria del azúcar (ver carbonatación)
• Procesar agua para bebidas alcohólicas y refrescos
• Aumentar la tasa de reacciones Maillard (pretzels)
• Pepinos y otros alimentos
• Para hacer huevos del siglo chino
• En preparación de maíz: elimina el casco de celulosa de los núcleos de maíz (ver nixtamalización)
• Limpiar una brisa de carbonatos de calcio y magnesio en la fabricación de sal para usos alimenticios y farmacéuticos
• En fortificación (ca suplemento) bebidas de fruta, como jugo de naranja, y fórmula infantil
• Como ayuda digestiva (llamado Choona, utilizado en la India en paan, una mezcla de nueces arecas, hidroxido de calcio y una variedad de semillas envueltas en hojas de betel)
• Como sustituto de la soda para hornear Papadam
• En la eliminación del dióxido de carbono de la atmósfera controlada producen salas de almacenamiento
• En la preparación de sustratos de cultivo de hongos

Usos de los nativos americanos

En náhuatl, el idioma de los aztecas, la palabra para hidróxido de calcio es nextli. En un proceso llamado nixtamalización, el maíz se cocina con nextli para convertirse en nixtamal, también conocido como maíz molido. La nixtamalización aumenta significativamente la biodisponibilidad de la niacina (vitamina B3) y también se considera más sabrosa y fácil de digerir. El nixtamal a menudo se muele hasta obtener una harina, conocida como masa, que se utiliza para hacer tortillas y tamales.

Al masticar hojas de coca, el hidróxido de calcio generalmente se mastica al mismo tiempo para mantener los estimulantes alcaloides químicamente disponibles para que el cuerpo los absorba. De manera similar, los nativos americanos tradicionalmente masticaban hojas de tabaco con hidróxido de calcio derivado de conchas de moluscos quemadas para mejorar los efectos. También ha sido utilizado por algunas tribus indígenas americanas como ingrediente en el yopo, un rapé psicodélico preparado a partir de frijoles de algunas especies de Anadenanthera.

Usos asiáticos

El hidróxido de calcio generalmente se agrega a un manojo de nuez de areca y hoja de betel llamado "paan" para mantener los estimulantes alcaloides químicamente disponibles para ingresar al torrente sanguíneo a través de la absorción sublingual.

Se utiliza para elaborar naswar (también conocido como nass o niswar), un tipo de tabaco para mojar elaborado a partir de hojas frescas de tabaco. hidróxido de calcio (chuna o pronto) y ceniza de madera. Se consume más en la diáspora Pathan, Afganistán, Pakistán, India y Bangladesh. Los aldeanos también usan hidróxido de calcio para pintar sus casas de barro en Afganistán, Pakistán e India.

Riesgos para la salud

La exposición sin protección al Ca(OH)₂ puede causar irritación grave de la piel, quemaduras químicas, ceguera, daño pulmonar o erupciones cutáneas.