Óxido de calcio
Compuesto químico del calcio
Óxido de calcio
Óxido de calcio
Estructura cristalina iónica del óxido de calcio.
  Ca2 +   O 2-

Muestra de polvo de óxido de calcio blanco.
Nombres
Nombre IUPAC
Óxido de calcio
Otros nombres
  • Cal
  • Cal viva
  • Cal quemada
  • Cal sin apagar
  • Cal libre (construcción)
  • Cal cáustica
  • Lima guijarro
  • Calcia
  • Óxido de calcio
Identificadores
  • 1305-78-8
Modelo 3D ( JSmol )
  • Imagen interactiva
EBICh
  • CHEBI:31344
Química biológica
  • ChEMBL2104397
Araña química
  • 14095
Tarjeta informativa de la ECHA100.013.763
Número CE
  • 215-138-9
Número EE529 (reguladores de acidez, ...)
485425
BARRIL
  • C13140
Identificador de centro de PubChem
  • 14778
Número RTECS
  • EW3100000
UNIVERSIDAD
  • C7X2M0VVNH
Número de la ONU1910
  • DTXSID5029631
  • InChI=1S/Ca.O
    Clave: ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N
  • InChI=1/Ca.O/rCaO/c1-2
    Clave: ODINCKMPIJJUCX-BFMVISLHAU
  • O=[Ca]
Propiedades
CaO
Masa molar56,0774  g/mol
AparienciaPolvo de color blanco a amarillo pálido/marrón
OlorInodoro
Densidad3,34  g/cm3 [ 1]
Punto de fusión2.613 °C (4.735 °F; 2.886 K) [1]
Punto de ebullición2.850 °C (5.160 °F; 3.120 K) (100 hPa ) [2] 
Reacciona para formar hidróxido de calcio.
Solubilidad en metanolInsoluble (también en éter dietílico , octanol )
Acidez (p K a )12.8
−15,0 × 10 −6  cm3 / mol
Estructura
Cúbico , cF8
Termoquímica
40 J·mol −1 ·K −1 [3]
−635 kJ·mol −1 [3]
Farmacología
QP53AX18 ( OMS )
Peligros
Etiquetado SGA :
GHS05: CorrosivoGHS07: Signo de exclamación
Peligro
H302 , H314 , H315 , H335
P260 , P261 , P264 , P270 , P271 , P280 , P301+P312 , P301+P330+P331 , P302+P352 , P303+P361+P353 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P310 , P312 , P321 , P330 , P332+P313 , P362 , P363 , P403+P233 , P405 , P501
NFPA 704 (rombo cortafuegos)
NFPA 704 diamante de cuatro coloresHealth 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g. chlorine gasFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g. white phosphorusSpecial hazard W: Reacts with water in an unusual or dangerous manner. E.g. sodium, sulfuric acid
3
0
2
Yo
punto de inflamabilidadNo inflamable [4]
NIOSH (límites de exposición a la salud en EE. UU.):
PEL (Permisible)
TWA 5  mg/m3 [ 4]
REL (recomendado)
TWA 2  mg/m3 [ 4]
IDLH (Peligro inmediato)
25  mg/m3 [ 4]
Ficha de datos de seguridad (FDS)ICSC 0409
Compuestos relacionados
Otros aniones
Otros cationes
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Compuesto químico

El óxido de calcio ( fórmula : CaO ), conocido comúnmente como cal viva o cal quemada , es un compuesto químico ampliamente utilizado . Es un sólido blanco, cáustico , alcalino y cristalino a temperatura ambiente . El término cal, ampliamente utilizado , connota compuestos 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 único óxido de calcio. El óxido de calcio que sobrevive al procesamiento sin reaccionar en productos de construcción , como el cemento , se llama cal libre . [5]

La cal viva es relativamente barata. Tanto ella como el derivado químico hidróxido de calcio (cuyo anhídrido básico es la cal viva ) son productos químicos básicos importantes.

Preparación

El óxido de calcio se produce generalmente por descomposición térmica de materiales, como piedra caliza o 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), [6] [7] 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 . [8]

CaCO 3 (s) → CaO (s) + CO 2 (g)

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

La producción mundial anual de cal viva es de alrededor de 283 millones de toneladas. China es, con diferencia, el mayor productor mundial, con un total de alrededor de 170 millones de toneladas al año. Le sigue Estados Unidos, con alrededor de 20 millones de toneladas al año. [9]

Se necesitan aproximadamente 1,8  t de caliza por cada 1,0  t de cal viva. La cal viva tiene una gran afinidad por el agua y es un desecante más eficaz que el gel de sílice . La reacción de la cal viva con el agua está asociada a un aumento del volumen de al menos 2,5 veces. [10]

El contenido de CaO libre de la hidroxiapatita aumenta con temperaturas de calcinación más altas y tiempos más prolongados. También señala límites de temperatura y duraciones particulares que afectan la producción de CaO, lo que ofrece información sobre cómo los parámetros de calcinación afectan la composición del material.

Usos

Demostración de la reacción fuertemente exotérmica del apagado de la cal viva. Se añaden gotas de agua a trozos de cal viva. Al cabo de un tiempo, se produce una reacción exotérmica pronunciada ("apagado de la cal"). La temperatura puede alcanzar unos 300 °C (572 °F).
  • El principal uso de la cal viva es en el proceso de fabricación de acero básico con oxígeno (BOS). Su uso varía de unos 30 a 50 kilogramos (65–110 lb) 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. [10]
  • La cal viva molida se utiliza en la producción de hormigón celular, como bloques, con densidades de aproximadamente 0,6–1,0 g/cm3 ( 9,8–16,4 g/pulgada cúbica). [10]
  • La cal viva y la cal hidratada pueden aumentar considerablemente la capacidad de carga de los suelos arcillosos, ya que reaccionan con sílice y alúmina finamente divididas para producir silicatos y aluminatos de calcio, que poseen propiedades cementantes. [10]
  • Se utilizan pequeñas cantidades de cal viva en otros procesos; por ejemplo, en la producción de vidrio, cemento de aluminato de calcio y productos químicos orgánicos. [10]
  • Calor: La cal viva libera energía térmica mediante la formación del hidrato, hidróxido de calcio , según la siguiente ecuación: [11]
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 calentándolo hasta enrojecerlo para revertir la reacción de hidratación. Un litro de agua se combina con aproximadamente 3,1 kilogramos (6,8 lb) 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 autocalentable , cocinar y calentar agua sin llamas abiertas. Varias empresas venden kits de cocina que utilizan este método de calentamiento. [12]
  • Es conocido como aditivo alimentario por la FAO como regulador de la acidez, agente de tratamiento de la harina y como leudante. [13] 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 luz de canto y se usaba ampliamente en producciones teatrales antes de la invención de la iluminación eléctrica. [14]
  • Cemento: El óxido de calcio es un ingrediente clave para el proceso de elaboración del cemento .
  • Como álcali barato y ampliamente disponible, aproximadamente el 50% de la producción total de cal viva se convierte en hidróxido de calcio antes de su uso. Tanto la cal viva como la cal hidratada se utilizan en el tratamiento del agua potable. [10]
  • Industria petrolera: Las pastas de detección de agua contienen una mezcla de óxido de calcio y fenolftaleína . Si esta pasta entra en contacto con el 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 violáceo intenso, lo que indica la presencia de agua.
  • Artículo: El óxido de calcio se utiliza para regenerar el hidróxido de sodio a partir del carbonato de sodio en la recuperación química en las plantas de pulpa Kraft.
  • Yeso: Hay evidencia arqueológica de que los humanos del Neolítico B Precerámico usaban yeso a base de piedra caliza para pisos y otros usos. [15] [16] [17] Dicho piso de cal y ceniza permaneció en uso hasta finales del siglo XIX.
  • Producción química o de energía: Se pueden utilizar aerosoles sólidos o suspensiones de óxido de calcio para eliminar el dióxido de azufre de las corrientes de escape en un proceso llamado 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 bucle de calcio .
  • Minería: Los cartuchos de cal prensada aprovechan las propiedades exotérmicas de la cal viva para romper la roca. Se perfora un orificio en la roca de la manera habitual y se coloca dentro un cartucho sellado de cal viva y se apisona. A continuación, 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 especialmente dura. [18] [19] [20]
  • Eliminación de cadáveres: históricamente, se creía erróneamente que la cal viva era eficaz para acelerar la descomposición de los cadáveres. De hecho, la aplicación de cal viva puede promover la conservación. La cal viva puede ayudar a erradicar el hedor de la descomposición, lo que puede haber llevado a la gente a esa conclusión errónea. [21]
  • 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 macro con una arquitectura de nanopartículas característicamente frágil. A medida que se forman grietas en el hormigón, pasan preferentemente a través de los clastos de cal estructuralmente más débiles, fracturándolos. Cuando el agua entra en estas grietas, crea una solución saturada de calcio que puede recristalizarse como carbonato de calcio, rellenando rápidamente la grieta. [22]
  • El mecanismo de almacenamiento de calor termoquímico se ve muy afectado por la sinterización de CaO y CaCO3 . Demuestra que los materiales de almacenamiento se vuelven menos reactivos y más densos a medida que aumentan las temperaturas. También señala procesos de sinterización particulares y variables que influyen en la eficiencia de estos materiales en el almacenamiento de calor.

Arma

En el año 80 a. C., el general romano Sertorio desplegó nubes asfixiantes de polvo de cal cáustica para derrotar a los caracitanos de Hispania , que se habían refugiado en cuevas inaccesibles. [23] Un polvo similar se utilizó en China para sofocar una revuelta campesina armada en el año 178 d. C., cuando carros de cal equipados con fuelles lanzaron polvo de piedra caliza sobre las multitudes. [24]

También se cree que la cal viva era un componente del fuego griego . Al entrar en contacto con el agua, la cal viva aumentaba su temperatura por encima de los 150 °C (302 °F) y encendía el combustible. [25]

David Hume , en su Historia de Inglaterra , relata que a principios del reinado de Enrique III , la Armada inglesa destruyó una flota francesa invasora cegando a la flota enemiga con cal viva. [26] La cal viva puede haber sido utilizada en la guerra naval medieval, hasta el uso de "morteros de cal" para arrojarla a los barcos enemigos. [27]

Sustitutos

La caliza es un sustituto de la cal en muchas aplicaciones, que incluyen la agricultura, la aplicación de fundentes y la eliminación de azufre. La caliza, que contiene menos material reactivo, reacciona más lentamente y puede tener otras desventajas en comparación con la cal, según la aplicación; sin embargo, la caliza es considerablemente menos costosa que la cal. El yeso calcinado es un material alternativo en yesos 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. [28]

Seguridad

Debido a la fuerte reacción de la cal viva con el agua, esta sustancia provoca una irritación grave cuando se inhala o entra en contacto con la piel o los ojos húmedos. La inhalación puede provocar tos, estornudos y dificultad para respirar. Puede provocar quemaduras con perforación del tabique nasal, dolor abdominal, náuseas y vómitos. Aunque la cal viva no se considera un peligro de incendio, su reacción con el agua puede liberar suficiente calor como para encender materiales combustibles. [29] [ se necesita una fuente más precisa ]

Mineral

El óxido de calcio es también una especie mineral separada (con la fórmula unitaria CaO), denominada 'cal'. [30] [31] Tiene un sistema cristalino isométrico y puede formar una serie de soluciones sólidas con monteponita . El cristal es frágil, pirometamórfico e inestable en aire húmedo, transformándose rápidamente en portlandita (Ca(OH) 2 ). [32]

Referencias

  1. ^ ab Haynes, William M., ed. (2011). Manual de química y física del CRC (92.ª edición). Boca Raton, FL: CRC Press . pág. 4.55. ISBN 1-4398-5511-0.
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  3. ^ de Zumdahl, Steven S. (2009). Principios químicos, sexta edición . Houghton Mifflin Company. pág. A21. ISBN 978-0-618-94690-7.
  4. ^ abcd Guía de bolsillo del NIOSH sobre peligros químicos. "#0093". Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  5. ^ "cal libre". DictionaryOfConstruction.com. Archivado desde el original el 9 de diciembre de 2017.
  6. ^ Índice Merck de productos químicos y fármacos, 9.ª edición, monografía 1650
  7. ^ Kumar, Gupta Sudhir; Ramakrishnan, Anushuya; Hung, Yung-Tse (2007), Wang, Lawrence K.; Hung, Yung-Tse; Shammas, Nazih K. (eds.), "Calcinación de cal", 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
  8. ^ "La cal a lo largo de la historia | Lhoist - Minerales y productor de cal". Lhoist.com . Consultado el 10 de marzo de 2022 .
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  10. ^ abcdef Tony Oates (2007), "Cal y piedra caliza", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (7.ª ed.), Wiley, págs. 1–32, doi :10.1002/14356007.a15_317, ISBN 978-3527306732
  11. ^ Collie, Robert L. "Sistema de calefacción solar", patente estadounidense n.° 3.955.554, expedida 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.
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  20. ^ Patente estadounidense 255042, 14 de marzo de 1882
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Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Óxido de calcio .
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  • Factores que afectan la calidad de la cal viva
  • Científico estadounidense (discusión sobre la datación del mortero con 14 C)
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  • Hoja de datos de seguridad del material
  • CDC – Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos
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