Historia y Descubrimiento

El óxido de calcio, comúnmente conocido como cal, es una sustancia alcalina cristalina cáustica de color blanco. El término "cal" se utiliza tanto genéricamente para varios compuestos de calcio como con adjetivos para especificar diferentes formas de cal. En este contexto, la cal, también conocida como cal viva o cal quemada, es sinónimo del compuesto óxido de calcio. Cuando la cal se combina con agua, forma cal hidratada, conocida como hidróxido de calcio (Ca(OH)2), y comúnmente se llama cal apagada. Las calizas dolomíticas contienen tanto magnesio como calcio. La piedra caliza es el compuesto carbonato de calcio. El término "cal" proviene de la palabra en inglés antiguo "l?m", que denota una sustancia pegajosa, reflejando su uso histórico en la producción de mortero. La palabra latina "calx", que significa cal, se usó para nombrar el elemento calcio.

La producción de óxido de calcio se remonta a tiempos prehistóricos. Involucra calentar piedra caliza para eliminar el dióxido de carbono en un proceso llamado calcinación: CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g). La producción eficiente de óxido de calcio ocurre a temperaturas superiores a 1.000°C. Históricamente, se utilizaban fuegos abiertos para calentar la piedra caliza, pero con el tiempo, los hoyos forrados y los hornos se volvieron prevalentes. Los hornos de cal de ladrillo, introducidos en el siglo XVII, han mantenido una tecnología relativamente constante. Los hornos modernos de cal ahora operan a temperaturas que van desde 1.200°C hasta 1.300°C. La piedra caliza triturada y cribada se introduce en la parte superior del horno, y el aire en la parte inferior fluidifica la piedra caliza, mejorando la eficiencia de la reacción.

También se emplean hornos rotativos horizontales, de varios metros de diámetro y hasta 100 metros de longitud, para la producción de cal. En estos hornos, la piedra caliza se introduce en el extremo elevado y desciende por la gravedad a medida que rota el horno, sufriendo calentamiento y conversión en cal. Una parte significativa de la cal producida experimenta hidratación con agua a través de un proceso llamado apagado, resultando en cal apagada o hidróxido de calcio (Ca(OH)2): CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s). La hidratación del óxido de calcio es altamente exotérmica, lo que convierte la conversión en cal apagada en una medida de seguridad.

Aplicación

La aplicación histórica de la cal es principalmente como mortero, con evidencia que indica su uso por parte de los egipcios desde 4000 a.C. Los morteros de cal, compuestos por cal, agua y arena, dependen de la reacción de la cal apagada con dióxido de carbono atmosférico para formar carbonato de calcio y agua: Ca(OH)2 (aq) + CO2 (g) → CaCO3 (s) + H2O (l). La conversión gradual de cal apagada a piedra caliza resulta en períodos de curado prolongados, pero los morteros contemporáneos incorporan diversas sustancias para regular los tiempos de curado. El cemento, un mortero prevalente, presenta prominentemente a la cal como componente clave. El cemento Portland, nombrado en honor a Joseph Aspdin (1799–1855), está compuesto de piedra caliza calentada, arcilla y arena en hornos a 2.700°C.

A lo largo de la antigüedad, la cal desempe?ó un papel crucial en la producción de vidrio. Las composiciones de vidrio tempranas involucraban la fusión de sílice (SiO2), carbonato de sodio (ceniza de soda, Na2CO3) y cal, mientras que el vidrio moderno de soda-lima comprende aproximadamente un 70% de sílice, un 15% de sosa (Na2O) y un 5% de cal. La cal siempre se encuentra entre los diez productos químicos más producidos anualmente, con alrededor de 15 millones de toneladas de óxido de calcio y 22 millones de toneladas de compuestos de cal (quemados, apagados, dolomíticos) generados anualmente en los Estados Unidos.

Las aplicaciones significativas de la cal abarcan la metalurg urgia, la desulfurización de gases de combustión, la construcción, la minería, la fabricación de papel y el tratamiento del agua. Aproximadamente un tercio de la producción de óxido de calcio en los Estados Unidos se destina a procesos metalúrgicos, especialmente en la industria del hierro y el acero, donde ayuda en la eliminación de impurezas durante la refinación del mineral de hierro.

En contextos ambientales, la cal mitiga las emisiones de azufre de las centrales eléctricas de carbón, con más del 95% de eliminación de azufre lograda a través de la reacción del óxido de calcio con dióxido de azufre: CaO(s) + SO2(g) → CaSO3(s). La cal también se emplea en el tratamiento de agua potable, el tratamiento de aguas residuales y la remedición de residuos mineros.

Dentro de la industria papelera, la cal contribuye a la producción de hipoclorito de calcio y ayuda en la recuperación de hidróxido de sodio. Además, la cal es una materia prima en la industria química, generando carburo de calcio a través de una reacción con carbono en forma de coque: 2CaO(s) + 5C(s) → 2CaC2(s) + CO2(g).

La aplicación del óxido de calcio en el sector de la construcción implica el tratamiento de suelos en sitios de construcción para mejorar el secado y estabilizar la química del suelo, proporcionando así una base más sólida. El papel de la cal como agente limpiador, neutralizando la acidez del suelo, está limitado debido a los desafíos de almacenamiento y la causticidad, siendo la cal agrícola, típicamente piedra caliza calcítica o dolomítica triturada, la forma preferida para fines agrícolas.

Referencia

Richard L. Myers (2009). Los 100 Compuestos Químicos más Importantes: Una Guía de Referencia. Greenwood Publishing Group. 1 de octubre de 2009. https://doi.org/10.1021/ed086p1182