Óxido de calcio

El 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 ampliamente utilizado "cal" 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 compuesto químico único óxido de calcio. El óxido de calcio que sobrevive al procesamiento sin reaccionar en productos de construcción como el cemento se denomina cal libre.

La cal viva es relativamente barata. Tanto él como el hidróxido de calcio derivado químico (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 (CaCO₃; 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 (CO₂), dejando atrás la cal viva. Esta es también una de las pocas reacciones químicas conocidas en tiempos prehistóricos.

CaCO₃s) → CaO(s) + CO₂g)

La cal viva no es estable y, cuando se enfría, reacciona espontáneamente con el CO₂ del aire hasta que, después de un tiempo suficiente, se vuelve a convertir por completo en carbonato de calcio a menos que se apague con agua para que fragüe. 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 mayor uso de quicklime está en el proceso básico de acero al oxígeno (BOS). Su uso varía de unos 30 a 50 kilogramos (65–110 lb) por tonelada de acero. El rápido neutraliza los óxidos ácidos, SiO2, Al2O3, y Fe2O3, para producir una escoria fundida básica.
• Quicklime de tierra se utiliza en la producción de bloques de hormigón aerado, con densidades de ca. 0.6–1.0 g/cm³ (9.8–16.4 g/cu in).
• La lima Rápido e hidratada puede aumentar considerablemente la capacidad de carga de suelos que contienen arcilla. Lo hacen reaccionando con silica finamente dividida y alumina para producir silicatos y aluminados de calcio, que poseen propiedades de cemento.
• En otros procesos se utilizan pequeñas cantidades de rápido; por ejemplo, la producción de vidrio, cemento aluminado de calcio y productos químicos orgánicos.
• Calor: Quicklime libera energía térmica por la formación del hidratado, hidroxido de calcio, por la siguiente ecuación:

CaO s) + H₂O (l) ⇌ Ca(OH)₂ (aq) (ΔH_r = 63,7kJ/mol de CaO)

A medida que se hidrata, una reacción exotérmica resultados y los sólidos puños hacia arriba. El hidrato se puede reconvertir para rápidamente eliminando el agua calentandolo hacia el enrojecimiento para revertir la reacción de hidratación. Un litro de agua combina con aproximadamente 3,1 kilogramos (6,8 lb) de rápido para dar hidróxido de calcio más 3,54 MJ de energía. Este proceso se puede utilizar para proporcionar una fuente de calor conveniente portable, como para el calentamiento de alimentos en la mancha en una lata de autocalentamiento, cocinar y calentar agua sin llamas abiertas. Varias empresas venden kits de cocina utilizando este método de calefacción.

• Se conoce como aditivo de alimentos para la FAO como regulador de acidez, agente de tratamiento de la harina y como licenciante. Tiene E número E529.
• Luz: Cuando el rápido se calienta a 2,400 °C (4,350 °F), emite un resplandor intenso. Esta forma de iluminación se conoce como un foco de luz, y se utilizó 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 fabricación de cemento.
• Como un alcali barato y ampliamente disponible. Alrededor del 50% de la producción total de rápidos se convierte en hidroxido de calcio antes del uso. Tanto la lima rápida como la hidratada se utilizan en el tratamiento del agua potable.
• Industria petrolera: Los pastos de detección de agua contienen una mezcla de óxido de calcio y fenolftalina. Si esta pasta entra en contacto con el agua en un tanque de almacenamiento de combustible, el CaO reacciona con el agua para formar hidroxido de calcio. El hidróxido de calcio tiene un pH lo suficientemente alto como para convertir la fenolphthaleina en un color purplish-pink vívido, lo que indica la presencia del agua.
• Papel: El óxido de calcio se utiliza para regenerar el hidróxido de sodio del carbonato de sodio en la recuperación química en los molinos de pulpa de Kraft.
• Plaster: Hay evidencia arqueológica de que los humanos de Pre-Pottery Neolithic B utilizaron yeso basado en piedra caliza para suelos y otros usos. Tal piso de Lime-ash permaneció en uso hasta finales del siglo XIX.
• Producción química o de energía: Los pulverizadores sólidos o las manchas de óxido de calcio pueden utilizarse para eliminar el dióxido de azufre de las corrientes de escape en un proceso llamado desulfuración de gases de flujo.
• Minería: Cartuchos de limón comprimido explotar las propiedades exotérmicas de Quicklime para romper roca. Un agujero de disparo se perfora en la roca de la manera habitual y un cartucho sellado de quicklime se coloca dentro y tamped. Una cantidad de agua se inyecta en el cartucho y la liberación resultante del vapor, junto con el mayor volumen del sólido hidratado residual, rompe la roca. El método no funciona si la roca es particularmente dura.
• Disposal of corpses: Históricamente, se creía erróneamente que el rápido era eficaz para acelerar la descomposición de cadáveres. La aplicación de Quicklime puede, de hecho, promover la preservación. Quicklime puede ayudar a erradicar el hedor de la descomposición, que puede haber llevado a la gente a la conclusión errónea.
• Se ha determinado que la durabilidad del antiguo hormigón romano se atribuye en parte al uso de la rápida como ingrediente. Combinado con mezclas calientes, el quicklime crea cierres de cal macrosized con una arquitectura de nanopartícula característicamente frágil. A medida que se forman grietas en el hormigón pasan preferencialmente a través de los cierres de cal estructuralmente más débiles, fracturándolos. Cuando el agua entra en estas grietas crea una solución saturada de calcio que puede recrystallizar como carbonato de calcio, llenando rápidamente la grieta.

Arma

En el año 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 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 marina 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 lanzarlo a las naves enemigas.

Sustitutos

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.

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.

Minerales

El óxido de calcio también es una especie mineral separada (con la fórmula unitaria CaO), llamada 'Cal'. Tiene un sistema cristalino isométrico y puede formar una serie de soluciones sólidas con monteponita. El cristal es quebradizo, pirometamórfico y es inestable en el aire húmedo, convirtiéndose rápidamente en portlandita (Ca(OH)₂).