OXID DE CALCIU (CAO): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

De oxid de calciu (CaO) este un compus anorganic care conține calciu și oxigen în forme ionice (nu trebuie confundat cu calciu peroxid CaO ₂ ). La nivel mondial, este cunoscut sub numele de var, un cuvânt care desemnează orice compus anorganic care conține carbonați de calciu, oxizi și hidroxizi, pe lângă alte metale precum siliciu, aluminiu și fier.

Acest oxid (sau var) este, de asemenea, denumit colocvial ca var rapid sau var tăiat, în funcție de hidratarea sau nu. Quicklime este oxid de calciu, în timp ce varul tăiat este hidroxidul său. La rândul său, calcarul (calcar sau var întărit) este de fapt o rocă sedimentară compusă în principal din carbonat de calciu (CaCO ₃ ).

Este una dintre cele mai mari surse naturale de calciu și constituie materia primă pentru producerea de oxid de calciu. Cum se produce această rugină? Carbonatele sunt sensibile la descompunerea termică; încălzirea carbonatelor de calciu la temperaturi mai mari de 825 ºC, duce la formarea de var și dioxid de carbon.

Afirmația de mai sus poate fi descrisă astfel: CaCO ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g). Deoarece scoarța terestră este bogată în calcar și calcită, iar cochilii (materii prime pentru producerea oxidului de calciu) sunt abundente în oceane și plaje, oxidul de calciu este un reactiv relativ ieftin.

Formulă

Formula chimică a oxidului de calciu este CaO, în care ionul de calciu este ca acidul (acceptor de electroni) Ca ²⁺ , iar oxigenul ca ionul de bază (donator de electroni) O ^2- .

De ce este încărcat calciu +2? Deoarece calciul aparține grupei 2 a tabelului periodic (domnul Becambara) și are doar doi electroni de valență disponibili pentru formarea de legături, pe care le dă la atomul de oxigen.

Structura

În imaginea superioară este reprezentată structura cristalină (tip de sare gem) pentru oxidul de calciu. Voluminoase sfere roșu corespund Ca ²⁺ ionilor și sferele albe la O la ² ioni .

În acest aranjament cristalin cubic, fiecare ion de Ca2 ⁺ este înconjurat de șase ioni O- ² , ocultați în găurile octaedrice care lasă ionii mari între ei.

Această structură exprimă la maximum caracterul ionic al acestui oxid, deși diferența notabilă în raze (sfera roșie este mai mare decât cea albă) îi conferă o energie mai slabă a zăbrelei cristaline în comparație cu MgO.

Proprietăți

Fizic, este un solid alb cristalin, inodor, cu interacțiuni electrostatice puternice, care sunt responsabile pentru punctele sale ridicate de topire (2572 ºC) și punctele de fierbere (2850 ºC). Mai mult, are o greutate moleculară de 55.958 g / mol și proprietatea interesantă de a fi termoluminescent.

Aceasta înseamnă că o bucată de oxid de calciu expusă unei flăcări poate străluci cu o lumină albă intensă, cunoscută în engleză ca lumina reflectoarelor sau în spaniolă, lumină de calciu. Ioni Ca ²⁺ , în contact cu focul, generează o flacără roșiatică, așa cum se poate vedea în imaginea următoare.

Limelight sau lumina reflectoarelor

Solubilitate

CaO este un oxid de bază care are o afinitate puternică pentru apă, într-o asemenea măsură încât absoarbe umezeala (este un solid higroscopic), reacționând imediat pentru a produce calcar slab sau hidroxid de calciu:

CaO (s) + H ₂ O (l) => Ca (OH) ₂ (s)

Această reacție este exotermică (degajă căldură) datorită formării unui solid cu interacțiuni mai puternice și o rețea de cristal mai stabilă. Cu toate acestea, reacția este reversibilă dacă Ca (OH) ₂ este încălzit , deshidratându-l și aprindând varul tăiat; apoi, varul este „renăscut”.

Soluția rezultată este foarte de bază, iar dacă este saturată cu oxid de calciu atinge un pH de 12,8.

De asemenea, este solubil în glicerol și în soluții de acid și zahăr. Așa cum este un oxid bazic, are în mod natural interacțiuni eficiente cu oxizi acizi (SiO ₂ , Al ₂ O ₃ și Fe ₂ O ₃ , de exemplu), fiind solubil în fazele lichide ale acestora. Pe de altă parte, este insolubil în alcooli și solvenți organici.

Aplicații

CaO are o infinitate vastă de utilizări industriale, precum și în sinteza acetilenei (CH≡CH), în extracția fosfaților din apele uzate și în reacția cu dioxidul de sulf din deșeurile gazoase.

Alte utilizări pentru oxidul de calciu sunt descrise mai jos:

Ca mortar

Dacă amestecuri de oxid de calciu , cu nisip (SiO ₂ ) și apă, se turte cu nisip și reacționează încet cu apă pentru a forma var stins. La rândul său, CO _{2 în} aer se dizolvă în apă și reacționează cu sarea slabă pentru a forma carbonat de calciu:

Ca (OH) ₂ (s) + CO ₂ (g) => CaCO ₃ (s) + H ₂ O (l)

CaCO ₃ este un compus mai rezistent și mai dur decât CaO, ceea ce face ca mortarul (amestecul anterior) să se întărească și să fixeze cărămizile, blocurile sau ceramica între ele sau pe suprafața dorită.

În producția de sticlă

Materia primă esențială pentru producerea paharelor sunt oxizii de siliciu, care sunt amestecați cu var, carbonat de sodiu (Na ₂ CO ₃ ) și alți aditivi, pentru a fi apoi supuși încălzirii, rezultând un solid sticlos. Acest solid este ulterior încălzit și aruncat în orice figuri.

În minerit

Varul slabit ocupă un volum mai mare decât varul rapid datorită interacțiunilor de legătură cu hidrogen (OHO). Această proprietate este folosită pentru a sparge rocile din interior.

Acest lucru se realizează prin umplerea lor cu un amestec compact de var și apă, care este sigilat pentru a-și concentra căldura și puterea expansivă în rocă.

Ca agent de îndepărtare a silicaților

CaO fuzionează cu silicații pentru a forma un lichid coalescent, care este apoi extras din materia primă a unui anumit produs.

De exemplu, minereurile de fier sunt materia primă pentru producerea fierului și a oțelului metalic. Aceste minerale conțin silicați, care sunt impurități nedorite pentru proces și sunt îndepărtate prin metoda tocmai descrisă.

Nanoparticule cu oxid de calciu

Oxidul de calciu poate fi sintetizat sub formă de nanoparticule, variind concentrațiile de azotat de calciu (Ca (NO ₃ ) ₂ ) și hidroxid de sodiu (NaOH) în soluție.

Aceste particule sunt sferice, de bază (la fel ca solidul la scară macro) și au o suprafață foarte mare. În consecință, aceste proprietăți beneficiază de procese catalitice. Care? În prezent, cercetarea răspunde la această întrebare.

Aceste nanoparticule au fost utilizate pentru sintetizarea compușilor organici substituiți - cum ar fi derivații piridinelor - în formularea de noi medicamente pentru a realiza transformări chimice precum fotosinteza artificială, pentru purificarea apei din metale grele și nocive și ca agenți fotocatalitici.

Nanoparticulele pot fi sintetizate pe un suport biologic, cum ar fi papaya și frunzele de ceai verde, pentru a fi utilizate ca agent antibacterian.

Referințe

1. scifun.org. (2018). Var: oxid de calciu. Preluat pe 30 martie 2018, de pe: scifun.org.
2. Wikipedia. (2018). Oxid de calciu. Preluat pe 30 martie 2018, de pe: en.wikipedia.org
3. Ashwini Anantharaman și colab. (2016). Sinteza verde a nanoparticulelor de oxid de calciu și aplicațiile sale. Jurnalul internațional de cercetare și aplicare a ingineriei. ISSN: 2248-9622, Vol. 6, Numărul 10, (partea -1), pp. 27-31.
4. J. Safaei-Ghomi și colab. (2013). Nanoparticulele cu oxid de calciu au catalizat sinteza multicomponentă cu un pas de piridine puternic substituite în mediu apos de etanol.
5. Extract. (2018). Oxid de calciu. Preluat pe 30 martie 2018, de la: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică. În Elementele grupului 2. (ediția a patra., P. 280). Mc Graw Hill.