Historia

El carbonato de calcio, un compuesto que se encuentra de forma natural, es omnipresente en los organismos y en la corteza terrestre. Después del cuarzo, la calcita, la forma principal del carbonato de calcio, ocupa el lugar más prevalente en la corteza. Geológicamente, el carbonato de calcio se manifiesta en diversas formas minerales, incluyendo la calcita, la aragonita y la vaterita. La calcita, el mineral predominante, contrasta con la rara vaterita. Las diversas formaciones minerales dependen de las estructuras cristalinas formadas por las condiciones durante su génesis, como la temperatura y la presión.

La estructura cristalina del carbonato de calcio en minerales se asemeja a un triángulo, con el calcio en el centro y un grupo carbonato en cada vértice. En la calcita, los carbonatos se alinean en un solo plano, mientras que en la aragonita ocupan dos planos, lo que resulta en una mayor densidad debido al empaquetamiento más cercano. La calcita exhibe una densidad de aproximadamente 2.7 g/cm3, mientras que la densidad de la aragonita es de alrededor de 2.9 g/cm3. El carbonato de calcio es prevalente en varias rocas, con asociaciones prominentes encontradas en tiza, piedra caliza y mármol, siendo este último piedra caliza metamórfica.

Numerosos organismos marinos extraen y sintetizan carbonato de calcio del agua de mar para construir estructuras esqueléticas. Moluscos, esponjas, foraminíferos, cocolitóforos, algas coralinas y corales utilizan calcio disuelto y dióxido de carbono para producir carbonato de calcio. Los corales, por ejemplo, secretan esqueletos de aragonita a través de reacciones que implican calcio y bicarbonato. Las ostras, en la formación de perlas, secretan carbonato de calcio para encapsular objetos extra?os dentro de sus conchas. A lo largo de millones de a?os, los depósitos sedimentarios de tiza y piedra caliza se acumulan a partir de los restos de organismos marinos.

La utilización humana del carbonato de calcio se centra principalmente en su papel como una fuente clave de calcio, crucial para combatir la osteoporosis.

Preparación y aplicación

La amplia disponibilidad de depósitos de piedra caliza en todo el mundo ha establecido al carbonato de calcio como un material de construcción fundamental desde tiempos antiguos. Aproximadamente hace 5.000 a?os, la piedra caliza era el material predominante en la construcción de las pirámides egipcias y la Esfinge. Actualmente, la piedra caliza sigue siendo un recurso de construcción crucial, con los Estados Unidos utilizando aproximadamente mil millones de toneladas de piedra caliza triturada para diversos fines de construcción como carreteras, represas, relleno y edificios en el a?o 2005.

Más allá de su papel en la construcción, el carbonato de calcio juega un papel significativo en diversos procesos industriales. El carbonato de calcio molido (GCC) y el carbonato de calcio precipitado (PCC) son dos formas comúnmente empleadas. El GCC es piedra caliza pulverizada para lograr tama?os de partícula que van desde una fracción de un micrón hasta varios micrones. El PCC se produce sometiendo el carbonato de calcio a procesos específicos para lograr características deseadas en términos de forma (calcita o aragonita), tama?o y propiedades.

La fabricación de PCC implica calcinar piedra caliza para producir óxido de calcio (cal, CaO) a temperaturas entre 600°C y 900°C: CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g). Posteriormente, el óxido de calcio se hidrata para formar hidróxido de calcio CaO(s)+H2O(l)→Ca(OH)2(aq). Este hidróxido de calcio se combina con dióxido de carbono, generado durante la calcinación de la piedra caliza, resultando en una suspensión de carbonato de calcio y agua: Ca(OH)2(aq)+CO2(g)→CaCO3(s)+H2O(l). El paso final implica separar el carbonato de calcio a través de filtración y otros métodos para obtener carbonato de calcio precipitado. Al ajustar el proceso de producción utilizando diferentes temperaturas y fuentes de piedra caliza, se pueden lograr diversas formas de carbonato de calcio con estructuras, tama?os y propiedades variables para diversas aplicaciones.

El carbonato de calcio encuentra un uso extensivo en la industria de la fabricación de papel como relleno y pigmento de recubrimiento para mejorar la blancura del papel. Las plantas de fabricación de papel a menudo incluyen instalaciones dedicadas a la producción de PCC. Además de la fabricación de papel, la segunda aplicación industrial más prevalente del carbonato de calcio es en la fabricación de plásticos, particularmente en la producción de cloruro de polivinilo (PVC), poliésteres termoestables y poliolefinas. Su versatilidad se extiende a aplicaciones en pinturas, recubrimientos y como aditivo para distribución del tama?o de partícula, control de opacidad, resistencia a la intemperie, regulación del pH y propiedades anticorrosión.

En agricultura, el carbonato de calcio se utiliza para amortiguar suelos ácidos. Su reacción con ácido sulfúrico en suelos produce sulfato de calcio (CaSO4), dióxido de carbono y agua: H2SO4(aq)+CaCO3(s)→CaSO4(s)+CO2(g)+H2O(l). La capacidad de neutralización de varios tipos de cal en el suelo se cuantifica en términos de equivalentes de carbonato de calcio.

Además, el carbonato de calcio tiene aplicaciones ambientales, incluyendo la mitigación de los impactos de la precipitación ácida en los cuerpos de agua y la desulfurización de gases en depuradores para reducir las emisiones de azufre de fuentes de contaminación del aire. En el método de lavado húmedo ampliamente adoptado, el carbonato de calcio reacciona con dióxido de azufre para formar sulfito de calcio (CaSO3), que puede ser oxidado aún más a yeso (ver Sulfato de calcio).

Referencia

Richard L. Myers (2009). Los 100 Compuestos Químicos Más Importantes: Una Guía de Referencia. Greenwood Publishing Group. 1 de octubre de 2009. https://doi.org/10.1021/ed086p1182