- Fórmula
- Estrutura
- Propriedades
- Solubilidade
- Formulários
- Como argamassa
- Na produção de vidro
- Na mineração
- Como um agente de remoção de silicato
- Nanopartículas de óxido de cálcio
- Referências
O óxido de cálcio (CaO) é um composto inorgânico contendo cálcio e de oxigénio em formas iónicas (não para ser confundida com peróxido de cálcio CaO 2). É conhecido mundialmente como cal, palavra que designa qualquer composto inorgânico que contenha carbonatos, óxidos e hidróxidos de cálcio, além de outros metais como silício, alumínio e ferro.
Este óxido (ou cal) também é coloquialmente referido como cal viva ou cal apagada, dependendo se é ou não hidratado. A cal viva é o óxido de cálcio, enquanto a cal apagada é o seu hidróxido. Por sua vez, o calcário (calcário ou cal endurecida) é na verdade uma rocha sedimentar composta principalmente de carbonato de cálcio (CaCO 3).
É uma das maiores fontes naturais de cálcio e constitui a matéria-prima para a produção do óxido de cálcio. Como essa ferrugem é produzida? Os carbonatos são suscetíveis à decomposição térmica; aquecer carbonatos de cálcio a temperaturas superiores a 825 ºC, leva à formação de cal e dióxido de carbono.
A afirmação acima pode ser descrita assim: CaCO 3 (s) → CaO (s) + CO 2 (g). Como a crosta terrestre é rica em calcário e calcita, e as conchas do mar (matéria-prima para a produção de óxido de cálcio) são abundantes nos oceanos e nas praias, o óxido de cálcio é um reagente relativamente barato.
Fórmula
A fórmula química do óxido de cálcio é CaO, em que o íon cálcio é como ácido (aceitador de elétrons) Ca 2+ e o oxigênio como íon básico (doador de elétrons) O 2-.
Por que o cálcio é cobrado +2? Porque o cálcio pertence ao grupo 2 da tabela periódica (Sr. Becambara), e só tem dois elétrons de valência disponíveis para a formação das ligações, que cede ao átomo de oxigênio.
Estrutura
Na imagem superior, a estrutura cristalina (tipo de sal de gema) para óxido de cálcio é representada. As volumosas esferas vermelhas correspondem aos íons Ca 2+ e as esferas brancas aos íons O 2-.
Nesse arranjo de cristal cúbico, cada íon de Ca 2+ é circundado por seis íons O 2, ocluídos nas lacunas octaédricas que deixam os íons grandes entre eles.
Esta estrutura expressa ao máximo o caráter iônico deste óxido, embora a notável diferença nos raios (a esfera vermelha é maior que a branca) dê a ele uma energia de rede cristalina mais fraca quando comparada ao MgO.
Propriedades
Fisicamente, é um sólido cristalino branco, inodoro, com fortes interações eletrostáticas, responsáveis por seus altos pontos de fusão (2572 ºC) e de ebulição (2850 ºC). Além disso, tem um peso molecular de 55,958 g / mol e a interessante propriedade de ser termoluminescente.
Isso significa que um pedaço de óxido de cálcio exposto a uma chama pode brilhar com uma luz branca intensa, conhecida em inglês como holofote, ou em espanhol, luz de cálcio. Os íons Ca 2+, em contato com o fogo, dão origem a uma chama avermelhada, como pode ser visto na imagem a seguir.
Centros de luz ou holofotes
Solubilidade
O CaO é um óxido básico com forte afinidade pela água, a ponto de absorver umidade (é um sólido higroscópico), reagindo imediatamente para produzir cal apagada ou hidróxido de cálcio:
CaO (s) + H 2 O (l) => Ca (OH) 2 (s)
Esta reação é exotérmica (emite calor) devido à formação de um sólido com interações mais fortes e uma estrutura cristalina mais estável. Porém, a reação é reversível se o Ca (OH) 2 for aquecido, desidratando-o e acendendo a cal apagada; então, o limão “renasce”.
A solução resultante é muito básica e, se estiver saturada com óxido de cálcio, atinge um pH de 12,8.
Da mesma forma, é solúvel em glicerol e em soluções ácidas e de açúcar. Por ser um óxido básico, apresenta naturalmente interações eficazes com os óxidos ácidos (SiO 2, Al 2 O 3 e Fe 2 O 3, por exemplo), sendo solúvel em suas fases líquidas. Por outro lado, é insolúvel em álcoois e solventes orgânicos.
Formulários
O CaO possui uma vasta infinidade de utilizações industriais, bem como na síntese de acetileno (CH≡CH), na extração de fosfatos de águas residuais e na reação com dióxido de enxofre de resíduos gasosos.
Outros usos para o óxido de cálcio são descritos abaixo:
Como argamassa
Se o óxido de cálcio se mistura com areia (SiO 2) e água, ele endurece com areia e reage lentamente com a água para formar cal apagada. Por sua vez, o CO 2 no ar se dissolve na água e reage com o sal apagado para formar carbonato de cálcio:
Ca (OH) 2 (s) + CO 2 (g) => CaCO 3 (s) + H 2 O (l)
O CaCO 3 é um composto mais resistente e mais duro que o CaO, fazendo com que a argamassa (a mistura anterior) endureça e fixe os tijolos, blocos ou cerâmicas entre eles ou na superfície desejada.
Na produção de vidro
A matéria-prima essencial para a produção de vidros são os óxidos de silício, que são misturados com cal, carbonato de sódio (Na 2 CO 3) e outros aditivos, para depois serem submetidos ao aquecimento, resultando em um sólido vítreo. Este sólido é subsequentemente aquecido e transformado em quaisquer figuras.
Na mineração
A cal apagada ocupa um volume maior do que a cal viva devido às interações de ligações de hidrogênio (OHO). Esta propriedade é usada para quebrar as rochas por dentro.
Isso é conseguido enchendo-os com uma mistura compacta de cal e água, que é selada para concentrar seu calor e poder expansivo na rocha.
Como um agente de remoção de silicato
O CaO se funde com os silicatos para formar um líquido coalescente, que é então extraído da matéria-prima de um determinado produto.
Por exemplo, os minérios de ferro são a matéria-prima para a produção de ferro metálico e aço. Esses minerais contêm silicatos, que são impurezas indesejáveis para o processo e são removidos pelo método que acabamos de descrever.
Nanopartículas de óxido de cálcio
O óxido de cálcio pode ser sintetizado como nanopartículas, variando as concentrações de nitrato de cálcio (Ca (NO 3) 2) e hidróxido de sódio (NaOH) em solução.
Essas partículas são esféricas, básicas (assim como o sólido em escala macro) e possuem uma grande área de superfície. Consequentemente, essas propriedades beneficiam os processos catalíticos. Qual? Atualmente, a pesquisa está respondendo a essa pergunta.
Essas nanopartículas têm sido utilizadas para sintetizar compostos orgânicos substituídos -tais como derivados de piridina- na formulação de novos fármacos para realizar transformações químicas, como fotossíntese artificial, purificação de água de metais pesados e nocivos, e como agentes fotocatalíticos.
As nanopartículas podem ser sintetizadas em um suporte biológico, como folhas de mamão e chá verde, para serem utilizadas como agente antibacteriano.
Referências
- scifun.org. (2018). Cal: óxido de cálcio. Recuperado em 30 de março de 2018, em: scifun.org.
- Wikipedia. (2018). Óxido de cálcio. Obtido em 30 de março de 2018, em: en.wikipedia.org
- Ashwini Anantharaman et al. (2016). Green Synthesis of Cálcio Óxido Nanopartículas e Suas Aplicações. Int. Journal of Engineering Research and Application. ISSN: 2248-9622, Vol. 6, Edição 10, (Parte -1), páginas 27-31.
- J. Safaei-Ghomi et al. (2013). Nanopartículas de óxido de cálcio catalisaram a síntese multicomponente de uma etapa de piridinas altamente substituídas em meio aquoso de etanol Scientia Iranica, Transactions C: Chemistry and Chemical Engineering 20 549–554.
- PubChem. (2018). Óxido de cálcio. Obtido em 30 de março de 2018, em: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. Em Os elementos do grupo 2. (quarta edição., P. 280). Mc Graw Hill.