Óxido de cálcio (CaO): estrutura, propriedades e usos

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 ). Em todo o mundo, é conhecida como cal, uma palavra que designa qualquer composto inorgânico que contenha carbonatos de cálcio, óxidos e hidróxidos, além de outros metais, como silício, alumínio e ferro.

Esse óxido (ou cal) também é referido coloquialmente como cal rápida ou cal reduzida, dependendo de ser ou não hidratado. A cal é o óxido de cálcio, enquanto a cal é o hidróxido. Por sua vez, o calcário (pedra de cal ou limão endurecido) é na verdade uma rocha sedimentar composta principalmente de carbonato de cálcio (CaCO 3 ).

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É uma das maiores fontes naturais de cálcio e constitui a matéria-prima para a produção de óxido de cálcio. Como é produzido esse óxido? Os carbonatos são suscetíveis à decomposição térmica; Ao aquecer carbonatos de cálcio a temperaturas superiores a 825 ° C, eles levam à formação de cal e dióxido de carbono.

A declaração acima pode ser descrita da seguinte forma: CaCO 3 (s) → CaO (s) + CO 2 (g). Como a crosta terrestre é rica em calcário e calcita, e as conchas do mar (matérias-primas para a produção de óxido de cálcio) são abundantes nos oceanos e praias, o óxido de cálcio é um reagente relativamente barato.

Formula

A fórmula química do óxido de cálcio CaO é, em que o ião de cálcio é como ácido (aceitador de electrões) Ca 2+ , e oxigénio como o ião (doador de electrões) de base O 2- .

Por que o cálcio tem uma carga de +2? Porque o cálcio pertence ao grupo 2 da tabela periódica (Sr. Becambara) e possui apenas dois elétrons de valência disponíveis para a formação de ligações, o que produz o átomo de oxigênio.

Estrutura

Óxido de cálcio (CaO): estrutura, propriedades e usos 2

A estrutura cristalina (sal tipo gema) do óxido de cálcio é representada na imagem acima. As esferas vermelhas volumosas correspondem aos íons Ca 2+ e as esferas brancas aos íons O 2 .

Neste arranjo cada cristalino cúbico de iões Ca 2+ é rodeada por seis ó iões 2- , fechada nas lacunas deixadas octaédricos entre eles grandes iões.

Essa estrutura expressa ao máximo o caráter iônico desse óxido, embora a diferença notável nos raios (a esfera vermelha seja maior que a branca) lhe proporcione uma energia de rede cristalina mais fraca quando comparada ao MgO.

Propriedades

Fisicamente, é um sólido branco cristalino, inodoro e com fortes interações eletrostáticas, responsáveis ​​por seus altos pontos de fusão (2572 ºC) e fervura (2850 ºC). Além disso, possui 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 intensa luz branca, conhecida em inglês sob o nome limelight ou em espanhol, luz de cálcio. Os íons Ca 2+ , em contato com o fogo, originam uma chama avermelhada, como pode ser visto na imagem a seguir.

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Luz de cálcio ou luz das luzes

Solubilidade

O CaO é um óxido básico que possui uma forte afinidade pela água, a ponto de absorver a umidade (é um sólido higroscópico), reagindo imediatamente para produzir cal opaca ou hidróxido de cálcio:

CaO (s) + H 2 O (l) => Ca (OH) 2 (s)

Essa reação é exotérmica (libera calor) devido à formação de um sólido com interações mais fortes e uma rede cristalina mais estável. No entanto, a reação é reversível se o Ca (OH) 2 for aquecido , desidratando-o e desligando a cal; então, o limão renasce.

A solução resultante é muito básica e se saturada com óxido de cálcio atingir um pH de 12,8.

Também é solúvel em glicerol e em soluções ácidas e açucaradas. Como um óxido básico, naturalmente tem interacções eficientes com óxido ácido (SiO 2 , Al 2 O 3 e Fe 2 O 3 , por exemplo) ser solúvel nas fases líquidas dos mesmos. Por outro lado, é insolúvel em álcoois e solventes orgânicos.

Usos

O CaO possui um grande número de usos 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 do óxido de cálcio são descritos abaixo:

Como argamassa

Se o óxido de cálcio se misturar com areia (SiO 2 ) e água, ele endurece com a areia e reage lentamente com a água para formar a cal desligada. Por sua vez, o CO 2 a partir do ar dissolve-se na água e reage com o sal de fora 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 forte e mais duro que o CaO, fazendo com que a argamassa (a mistura anterior) endureça e fixe os tijolos, blocos ou cerâmica entre eles ou a superfície desejada.

Na produção de óculos

A matéria-prima essencial para a produção de vidro são os óxidos de silício, que são misturados com cal, carbonato de sio (Na 2 CO 3 ) e outros aditivos, e, em seguida, ser submetido a aquecimento, o que resulta na forma de um sólido vítreo. Este sólido é subsequentemente aquecido e soprado em qualquer figura.

Na mineração

A cal desligada ocupa um volume maior que a cal, devido às interações das ligações de hidrogênio (OH-O). Esta propriedade é usada para quebrar as pedras por dentro.

Isso é obtido preenchendo-os com uma mistura compacta de cal e água, que é selada para concentrar seu calor e sua força expansiva na rocha.

Como agente de remoção de silicato

O CaO derrete 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 e aço metálicos. Esses minerais contêm silicatos, que são impurezas indesejáveis ​​para o processo e são removidos pelo método descrito acima.

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 (e sólidas em escala macro) e possuem muita área de superfície. Consequentemente, essas propriedades beneficiam os processos catalíticos. Quais? Atualmente, a pesquisa está respondendo a essa pergunta.

Essas nanopartículas têm sido usadas para sintetizar compostos orgânicos substituídos – como derivados de piridina – na formulação de novos fármacos para realizar transformações químicas como a fotossíntese artificial, para purificação da água de metais pesados ​​e nocivos e como agentes fotocatalíticos

As nanopartículas podem ser sintetizadas em um suporte biológico, como mamão e folhas de chá verde, para lhes dar um uso como agente antibacteriano.

Referências

  1. scifun.org. (2018). Cal: óxido de cálcio . Retirado em 30 de março de 2018, de: scifun.org.
  2. Wikipedia (2018). Óxido de cálcio Recuperado em 30 de março de 2018, de: en.wikipedia.org
  3. Ashwini Anantharaman et al. (2016). Síntese verde de nanopartículas de óxido de cálcio e suas aplicações. Int. Revista de Engenharia de Pesquisa e Aplicação. ISSN: 2248-9622, Vol. 6, Edição 10, (Parte -1), pp. 27-31.
  4. J. Safaei-Ghomi et al. (2013). Nanopartículas de óxido de cálcio catalisaram a síntese multicomponente em uma etapa de piridinas altamente substituídas em meio aquoso de etanol Scientia Iranica, Transações C: Chemistry and Chemical Engineering 20 549–554.
  5. PubChem (2018). Óxido de cálcio. Recuperado em 30 de março de 2018, de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  6. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica In Elements of group 2. (quarta edição., P. 280). Mc Graw Hill

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