Óxido de cálcio (CaO): Estrutura, Propriedades e Usos - Ciência - 2023

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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) 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 denominado 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 (pedra cal 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 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 declaração acima pode ser descrita assim: CaCO₃(s) → CaO (s) + CO₂(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 cálcio é o íon ácido (aceitador de elétrons) Ca²⁺, e oxigênio como o 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 a íons de Ca²⁺ e as esferas brancas para os íons^2-.

Neste arranjo de cristal cúbico, cada íon de Ca²⁺ é cercado por seis íons^2-, ocluído nos vazios octaédricos que deixam os íons grandes entre eles.

Essa estrutura expressa ao máximo o caráter iônico desse 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 branco cristalino, 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 pelo nome ribalta, ou em espanhol, luz de cálcio. Íons de cálcio²⁺, em contato com o fogo, originam uma chama avermelhada, como pode ser visto na imagem a seguir.

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) + H₂O (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. No entanto, a reação é reversível se o Ca (OH) for aquecido₂, 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 açucaradas. Por ser um óxido básico, tem naturalmente interações eficazes com óxidos ácidos (SiO₂, Al₂OU₃ e fé₂OU₃, por exemplo) sendo solúvel nas suas fases líquidas. Por outro lado, é insolúvel em álcoois e solventes orgânicos.

Formulários

O CaO tem 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 for misturado com areia (SiO₂) e água, endurece com areia e reage lentamente com água para formar cal apagado. Por sua vez, o CO₂ do ar se dissolve na água e reage com o sal apagado 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 vidro

A matéria-prima essencial para a produção de vidros são os óxidos de silício, que se misturam com cal, carbonato de sódio (Na₂CO₃) e outros aditivos, para então serem submetidos a aquecimento, resultando em um sólido vítreo. Este sólido é subsequentemente aquecido e transformado em quaisquer figuras.

Na mineração

A cal apagada ocupa mais volume do que a cal viva devido às interações das ligações de hidrogênio (O-H-O). 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, minérios de ferro são a matéria-prima para a produção de ferro metálico e aço. Esses minerais contêm silicatos, que são impurezas indesejáveis ao 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 (NO₃)₂) e hidróxido de sódio (NaOH) em solução.

Essas partículas são esféricas, básicas (assim como o sólido em escala macro) e têm 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 - como derivados de piridinas - 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

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