Οξείδιο του ασβεστίου

Το οξείδιο του ασβεστίου παρασκευάζεται συνήθως από θερμική διάσπαση των υλικών, όπως o ασβεστόλιθος ή τα κοχύλια, που περιέχουν ανθρακικό ασβέστιο (CaCO₃· ορυκτό ασβεστίτη) σε ασβεστοκάμινο (lime kiln). Αυτό πραγματοποιείται με θέρμανση του υλικού στους παραπάνω 825 °C (1,517 °F),^[6] μια διεργασία που ονομάζεται πύρωση ή φρύξη (calcination ή lime-burning), για να απελευθερωθεί ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα (CO₂), αφήνοντας οξείδιο του ασβεστίου.

CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)

Το οξείδιο του ασβεστίου δεν είναι σταθερό και όταν ψυχθεί, θα αντιδράσει αυθόρμητα με CO₂ από τον αέρα μέχρι, έπειτα από αρκετό, να μετατραπεί πλήρως πάλι σε ανθρακικό ασβέστιο εκτός και σβηστεί με νερό για να γίνει κονίαμα ασβέστη.Η ετήσια παγκόσμια παραγωγή οξειδίου του ασβεστίου είναι περίπου 283 εκατομμύρια τόνοι. Η Κίνα είναι ο μεγαλύτερος παγκόσμιος παραγωγός, με συνολικά περίπου 170 εκατομμύρια τόνους τον χρόνο. Αμέσως μετά ακολουθούν οι ΗΠΑ με περίπου 20 εκατομμύρια τόνους τον χρόνο.^[7]

Απαιτούνται περίπου 1,8 t από ασβεστόλιθο ανά 1,0 t από οξείδιο του ασβεστίου. Το οξείδιο του ασβεστίου έχει υψηλή συγγένεια για το νερό και είναι πιο αποτελεσματικό ξηραντικό από το οξείδιο του πυριτίου (silica gel). Η αντίδραση του οξειδίου του ασβεστίου με το νερό συσχετίζεται με αύξηση του όγκου κατά έναν συντελεστή τουλάχιστον 2,5.^[8]

• Η κύρια χρήση του οξειδίου του ασβεστίου είναι στην διεργασία παραγωγής χάλυβα με οξυγόνο (basic oxygen steelmaking ή BOS) . Η χρήση του ποικίλει από 30–50 kg/t χάλυβα. Το οξείδιο του ασβεστίου εξουδετερώνει το όξινα οξείδια SiO₂, Al₂O₃ και τριοξείδιο του σιδήρου (Fe₂O₃), για να παραγάγει βασική τετηγμένη σκωρία.^[8]
• Χρησιμοποιείται στην παραγωγή μπλοκ κυψελωτού σκυροδέματος (aerated concrete), με πυκνότητες περίπου 0,6–1,0 g/cm³.^[8]
• Η άνυδρη και η ένυδρη άσβεστος μπορούν να αυξήσουν σημαντικά τη χωρητικότητα μεταφοράς εδαφών που περιέχουν άργιλλο. Αυτό επιτυγχάνεται αντιδρώντας με λεπτά διαμερισμένο οξείδιο του πυριτίου και του αργιλίου για να παραχθεί πυριτικό και αργιλικό ασβέστιο, που έχει συγκολλητικές ιδιότητες.^[8]
• Μικρές ποσότητες οξειδίου του ασβεστίου χρησιμοποιούνται σε άλλες διεργασίες· π.χ., στην παραγωγή γυαλιού, τσιμέντου αργιλικού ασβεστίου και οργανικών χημικών.^[8]
• Θερμότητα: Το οξείδιο του ασβεστίου εκλύει θερμική ενέργεια με τον σχηματισμό του ένυδρου υδροξειδίου του ασβεστίου, με την παρακάτω αντίδραση:^[9]

CaO (s) + H₂O (l) Ca(OH)₂ (aq) (ΔH_r = −63.7 kJ/mol CaO)

Επειδή ενυδατώνεται, παράγει εξώθερμη αντίδραση και το στερεό φουσκώνει. Η ένυδρη μορφή μπορεί να ξαναμετατραπεί σε άνυδρη αφαιρώντας το νερό με θέρμανση του μέχρι ερυθρότητας για να αντιστραφεί η αντίδραση ενυδάτωσης. Ένα λίτρο νερού ενώνεται με περίπου 3,1 kg οξειδίου του ασβεστίου για να δώσει υδροξείδιο του ασβεστίου συν 3,54 MJ ενέργειας. Αυτή η διεργασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δώσει μια βολική φορητή πηγή θερμότητας, όπως στην επιτόπια θέρμανση τροφής σε αυτοθερμαινόμενες κονσέρβες (self-heating cans).

• Φως: Όταν θερμαίνεται ο άνυδρος ασβέστης στους 2,400 °C (4,350 °F), εκπέμπει μια έντονη λάμψη. Αυτή η μορφή φωτισμού χρησιμοποιόταν πλατιά σε θεατρικές παραγωγές πριν την εφεύρεση του ηλεκτρικού φωτισμού.^[10]
• Τσιμέντο: Το οξείδιο του ασβεστίου είναι βασικό συστατικό στη διεργασία της παραγωγής τσιμέντου.
• Ως φθηνό και πλατιά διαθέσιμο άλκαλι. Περίπου το 50% της συνολικής παραγωγής οξειδίου του ασβεστίου μετατρέπεται σε υδροξείδιο του ασβεστίου πριν τη χρήση. Το άνυδρο και το ένυδρο οξείδιο του ασβεστίου χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία του πόσιμου νερού.^[8]
• Πετρελαϊκή βιομηχανία: Αλοιφές ανίχνευσης νερού περιέχουν ένα μείγμα από οξείδιο του ασβεστίου και φαινολοφθαλεΐνη. Εάν αυτή η αλοιφή έρθει σε επαφή με νερό σε δεξαμενή αποθήκευσης καυσίμου, το CaO αντιδρά με το νερό για να σχηματίσει υδροξείδιο του ασβεστίου. Το υδροξείδιο του ασβεστίου έχει αρκετά υψηλό pH για να μετατρέψει τη φαινολοφθαλεΐνη σε ζωηρό ιώδες-ροζ χρώμα, που δείχνει την παρουσία του νερού.
• Χαρτί: Το οξείδιο του ασβεστίου χρησιμοποιείται για την αναγέννηση του υδροξειδίου του νατρίου από ανθρακικό νάτριο στη χημική ανάκτηση σε εργοστάσια χαρτομάζας Kraft.
• Γύψος: Υπάρχουν αρχαιολογικές ενδείξεις ότι οι άνθρωποι της προκεραμικής νεολιθικής Β (Pre-Pottery Neolithic B) χρησιμοποιούσαν γύψο με βάση το οξείδιο του ασβεστίου για υλικά δαπέδων και άλλες χρήσεις.^[11][12][13] Τέτοια δάπεδα με τέφρα ασβέστου (Lime-ash floor) παρέμειναν σε χρήση μέχρι το τέλος του δέκατου ένατου αιώνα.
• Χημική παραγωγή: Στερεά ψεκασμού ή πολτού από οξείδιο του ασβεστίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αφαιρέσουν διοξείδιο του θείου από ροές αποβαλλόμενων προϊόντων σε μια διεργασία που ονομάζεται αποθείωση καυσαερίων (flue-gas desulfurization).

Χρήση ως όπλου

Το 80 π.Χ., ο Ρωμαίος στρατηγός Σερτώριος χρησιμοποίησε πνιγηρά σύννεφα από καυστική σκόνη οξειδίου του ασβεστίου για να νικήσει τους Χαρακιτανούς της Ιβηρικής, που είχε βρει καταφύγιο σε απρόσιτες σπηλιές.^[14] Μια παρόμοια σκόνη χρησιμοποιήθηκε στην Κίνα για να καταστείλει μια ένοπλη επανάσταση χωρικών το 178 AD, όταν άρματα οξειδίου του ασβεστίου (lime chariots) εξοπλισμένα με φυσερά φύσηξαν σκόνη οξειδίου του ασβεστίου στα πλήθη.^[15]

Ο David Hume, στην Ιστορία της Αγγλίας, αφηγείται ότι στην αρχή της βασιλείας του Ερρίκου Γ', το αγγλικό ναυτικό κατέστρεψε τον γαλλικό στόλο εισβολής τυφλώνοντας τον εχθρικό στόλο με οξείδιο του ασβεστίου.^[16] Το οξείδιο του ασβεστίου μπορεί να έχει χρησιμοποιηθεί στις μεσαιωνικές ναυτικές συρράξεις - μέχρι τη χρήση των "κονιαμάτων ασβεστίου" για να ρίχνεται στα εχθρικά πλοία.^[17]

Το οξείδιο του ασβεστίου θεωρείται επίσης ότι υπήρξε συστατικό του υγρού πυρός. Κατά την επαφή με το νερό, το οξείδιο του ασβεστίου μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία του πάνω από 150 °C και να αναφλέξει το καύσιμο.^[18]

Λόγω της έντονης αντίδρασης του οξειδίου του ασβεστίου με το νερό, το οξείδιο του ασβεστίου προκαλεί σοβαρό ερεθισμό όταν αναπνευστεί ή τοποθετηθεί σε επαφή με υγρό δέρμα ή μάτια. Η εισπνοή του μπορεί να προκαλέσει βήχα, φτάρνισμα, δύσπνοια. Μπορεί έπειτα να εξελιχθεί σε εγκαύματα με διάτρηση του ρινικού διαφράγματος, κοιλιακό πόνο, ναυτία και εμετό. Αν και το οξείδιο του ασβεστίου δεν θεωρείται επικίνδυνο για φωτιά, στην αντίδραση του με το νερό μπορεί να μπορεί να απελευθερώσει αρκετή θερμότητα ώστε να αναφλέξει εύφλεκτα υλικά.^[19]

• Lime Statistics & Information from the United States Geological Survey
• Factors Affecting the Quality of Quicklime
• American Scientist (discussion of ¹⁴C dating of mortar)
• Chemical of the Week – Lime
• Material Safety Data Sheet
• CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards