Estrutura de óxido de cálcio (CaO), propriedades e usos

O óxido de cálcio (CaO) é um composto inorgânico que contém cálcio e oxigênio em formas iônicas (não deve ser confundido com peróxido de cálcio, CaO₂). Globalmente, é conhecido como cal, uma palavra que designa qualquer composto inorgânico que contenha carbonatos, óxidos e hidróxidos de cálcio, assim como outros metais como silício, alumínio e ferro.

Este óxido (ou cal) é também referido coloquialmente como cal viva ou cal apagada, dependendo de estar ou não hidratado. A cal é o óxido de cálcio, enquanto a cal apagada é o seu hidróxido. Por sua vez, o calcário (pedra calcária ou cal endurecida) é na verdade uma rocha sedimentar composta principalmente de carbonato de cálcio (CaCO₃). 

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

A declaração acima pode ser descrita da seguinte forma: CaCO₃(s) → CaO (s) + CO₂g) Porque a crosta terrestre é rica em calcário e calcita, e nos oceanos e praias existem abundantes conchas do mar (matérias-primas para a produção de óxido de cálcio), o óxido de cálcio é um reagente relativamente barato.

Índice

• 1 fórmula
• 2 estrutura
• 3 Propriedades
  • 3.1 Solubilidade
• 4 usos
  • 4.1 Como uma argamassa
  • 4.2 Na produção de óculos
  • 4.3 Na mineração
  • 4.4 Como removedor de silicato
• 5 nanopartículas de óxido de cálcio
• 6 referências

Fórmula

A fórmula química do óxido de cálcio é CaO, em que o cálcio é como o íon de ácido (aceptor de elétrons) Ca²⁺e oxigênio como o íon básico (doador de elétrons) OU^2--.

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

Estrutura

Na imagem superior, a estrutura cristalina (tipo gemstone) para o óxido de cálcio é representada. As volumosas esferas vermelhas correspondem aos íons Ca²⁺ e as esferas brancas para os íons O^2-.

Neste arranjo de cristal cúbico cada íon Ca²⁺ está rodeado por seis iões O^2-, ocluído nos buracos octaédricos deixados por grandes íons entre eles.

Esta estrutura exprime ao máximo o caráter iônico deste óxido, embora a diferença notável dos raios (a esfera vermelha é maior que a branca) lhe dê 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 ° C) e ebulição (2850 ° C). 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 com o nome ribaltaou em espanhol, cálcio leve. Os íons Ca²⁺em contato com o fogo, causam uma chama avermelhada, como mostra a imagem a seguir.

Solubilidade

O CaO é um óxido básico que tem uma forte afinidade pela água, na medida em que absorve umidade (é um sólido higroscópico), reagindo imediatamente para produzir cal apagada ou hidróxido de cálcio:

CaO (s) + H₂O (l) => Ca (OH)₂(s)

Esta 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) for aquecido₂, desidratando e acendendo a cal apagada; então, o limão "renasceu".

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 açucaradas. Como é um óxido básico, naturalmente tem interações efetivas com óxidos ácidos (SiO₂Al₂O₃ e fé₂O₃, por exemplo) sendo solúvel nas suas fases líquidas. Por outro lado, é insolúvel em álcoois e solventes orgânicos.

Usos

O CaO tem 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 a partir de resíduos gasosos.

Outros usos do óxido de cálcio são descritos abaixo:

Como uma argamassa 

Se o óxido de cálcio é misturado com areia (SiO₂) e água, bolos com a areia e reage lentamente com a água para formar cal apagada. Por sua vez, o CO₂ do ar se dissolve na água e reage com o sal para formar carbonato de cálcio:

Ca (OH)₂(s) + CO₂(g) => CaCO₃(s) + H₂O (l)

O CaCO₃ 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 óculos

A matéria-prima essencial para a produção de vidros são os óxidos de silício, que são misturados com cal, carbonato de sódio (Na₂CO₃) e outros aditivos, para depois serem submetidos a aquecimento, resultando em um sólido vítreo. Este sólido é subseqüentemente aquecido e soprado em qualquer figura.

Na mineração

A cal apagada ocupa um volume maior do que a cal viva devido a interações de ligações de hidrogênio (O-H-O). Esta propriedade é usada para quebrar as rochas de dentro.

Isto é conseguido por enchimento com uma mistura compacta de cal e água, que é selado para concentrar o seu calor e energia expansiva no interior da rocha.

Como removedor de silicato

CaO funde com silicatos para formar um líquido de coalescência, que é, em seguida, extraiu-se a partir da matéria-prima de um determinado produto.

Por exemplo, os minérios de ferro são a matéria-prima para a produção de ferro e aço metálico. Esses minerais contêm silicatos, que são impurezas indesejáveis ​​para o processo e são eliminados 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 (NO₃)₂) e hidróxido de sódio (NaOH) em solução.

Essas partículas são esféricas, básicas (assim como o sólido em escala macro) e possuem muita área de superfície. Consequentemente, essas propriedades beneficiam os processos catalíticos. Que? As investigações estão atualmente respondendo a essa pergunta.

Utilizou-se estas nanopartículas para sintetizar compostos orgânicos tais como derivados substituídos piridinas- no desenvolvimento de novas drogas para efectuar transformações químicas, tais como a fotossíntese artificial, para a purificação de água de metais pesados ​​e prejudiciais, e como agentes fotocatalicos.

As nanopartículas podem ser sintetizados num suporte biológico, e folhas de papaia e chá verde, dando-lhes deste modo uma utilização como agente antibacteriano.

Referências

1. scifun.org (2018) Cal: óxido de cálcio. Retirado em 30 de março de 2018, de: scifun.org.
2. Wikipédia. (2018) Óxido de cálcio. Retirado 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. Journal of Engineering Research e Aplicação. ISSN: 2248-9622, Vol. 6, Issue 10, (Part-1), pp. 27-31.
4. J. Safaei-Ghomi et al. (2013). nanopartículas de óxido de cálcio catalisada síntese de um passo de multicomponentes piridinas substituídas meios altamente aquosa em etanol Scientia Iranica, Transações C: Chemistry and Chemical Engineering 20 549-554.
5. PubChem. (2018) Óxido De Cálcio. Retirado em 30 de Março de 2018, a partir de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Arrepio e Atkins. (2008). Química Inorgânica Em Os elementos do grupo 2. (Quarta edição, página 280). Mc Graw Hill.