Carburo de Calcio
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El carburo de calcio es una sustancia sólida de color grisáceo que reacciona exotérmicamente con el agua para dar cal apagada (hidróxido de calcio) y acetileno. Son compuestos que se forman a partir de la unión entre el carbono y un elemento E (generalmente más electropositivo que el carbono).
Sumario
Propiedades
El Carburo de Calcio industrial es un producto sólido, duro, compacto, de coloración variando de acuerdo con la pureza, de gris marrón hasta casi el negro-azulado.
Fragmentado, ofrece aspecto amorfo y cristalino. Químicamente es formado por un átomo de calcio y dos de carbono (CaC2) y es normalmente clasificado en bandas granulométricas estandarizadas, de acuerdo con el uso a que se destina. Las principales materias primas son la energía eléctrica, el calcáreo y fuentes de carbono, tales como el coque de petróleo y el carbón vegetal.
Como sustancia pura el carburo de calcio es un sólido incoloro que existe en dos variedades que son accesibles por calentamiento a 440 °C (modificación tetragonal) o temperaturas superiores (modificación cúbica).
El carburo cálcico técnico que se encuentra en el comercio suele tener una pureza de sólo el 82 %. Además hay trazas de fosfuro de calcio, sulfuro de calcio, ferrosilicio, nitruro de magnesio y carburo de silicio presentes en el sólido. El color pardo a veces observado se debe a pequeñas cantidades de óxido de hierro.
Obtención
El carburo de calcio se genera en el arco eléctrico a partir de óxido de calcio y coque a una temperatura de 2.000-2.500 °C:
CaO + 3 C → CaC2 + CO
Por las condiciones a emplear la síntesis es muy costosa, pues requiere mucha energía. Fosfatos que suelen estar presentes como impurezas en los materiales de partida dan en las mismas condiciones fosfuro de cálcio (Ca3P2) que reacciona igualmente con el agua dando fosfina (PH3). Esta impureza además de trazas de sulfhídrico (H2S) y amoníaco (NH3) es responsable del mal olor a "carburo".
Clasificación
Los carburos iónicos
Los carburos iónicos tienen un carácter fuerte de sal y se forman sobre todo a partir de los elementos de los grupos I y II de la tabla periódica. Todos estos elementos son muy electropositivos y el carbono tiene por lo tanto una carga negativa.
Ejemplos típicos son el carburo de litio (Li4C), el carburo de berilio (Be2C), el carburo de magnesio (Mg2C3), el ya mencionado carburo de calcio (CaC2), el carburo de aluminio (Al4C3) y el carburo de hierro (Fe3 C) conocido como cementita.
Estos según la especie aniónica presente en el sólido, pueden ser diferenciados en metanidos (derivados del metano con formalmente el ion C4– como el Li4C o el Al4C3), los acetiluros (derivados del acetileno como el CaC2) y los alenuros con el ion C34– = 2– C=C=C2–. En contacto con agua estos carburos dan el óxido o el hidróxido del elemento y el hidrocarburo (metano, acetileno o propadieno) correspondiente. Así en el laboratorio son fuentes fáciles de manejar para estos gases que de otra manera necesitarían una bombona a presión.
Los carburos covalentes
Los carburos covalentes se forman entre el carbono y elementos con aproximadamente la misma electronegatividad. Los ejemplos más importantes de este grupo son el carburo de silicio o carborundo (SiC) con estructura de diamante y una dureza en la escala de Mohs de entre 9 y 9,5 y el carburo de boro (B4C4).
Estas sustancias suelen ser muy duras debidas a los enlaces covalentes formados en las tres dimensiones. Se utilizan por ejemplo como materiales abrasivos o como recubrimientos en piezas que tienen que resistir abrasiones mecánicas. El carburo de silicio se utiliza también como soporte para catalizadores debido a su alta resistencia y buena conductividad térmica.
Los carburos metálicos
Estos carburos se forman con metales de transición como el wolframio o el titanio. A menudo no tienen una estequiometría definida. Esto se debe a que el carbono ocupa posiciones libres tetraédricas en la estructura del metal. Las sustancias formadas se caracterizan por su elevada resistencia mecánica y térmica (puntos de fusión típicamente del orden de unos 3000 a 4000 ºC) y se utilizan en la elaboración de utensilios de cerámica y de maquinaria.
Aplicaciones
Es de uso muy extendido y vendido en tiendas del ramo para utilizarlo en soldadura autógena. Con esta finalidad se lo introduce en un gasógeno, que le va agregando agua lentamente, y luego se mezcla el gas producido con oxígeno para producir una llama delgada y de alta temperatura.
Producción de acetileno
El carburo de calcio, fue muy utilizado en la antigüedad en las llamadas lámparas de carburo, carburero o lámpara de gas acetileno. El proceso era el siguiente:
La lámpara se llenaba de agua, después se introducía el carburo de calcio que generaba acetileno al reaccionar con el agua (es un acetilenógeno), después se encendía y el acetileno (H2C2) prendía, generando luz. Quedaba un residuo de óxido de calcio (CaO) convertido en hidróxido de calcio, Ca(OH)2, debido a la presencia de agua.
CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2
Producción de cianamida de calcio
Con nitrógeno a altas temperaturas (905 °C) el carburo de calcio da cianamiduro de calcio (CaNCN), que a su vez puede ser utilizado como fertilizante o como producto de partida de en reacciones posteriores.
CaC2 + N2 → CaCN2 + C
Éste era uno de los primeros procesos que permitió la fijación del nitrógeno del aire (en cuya composición el nitrógeno molecular, N2, ocupa un 78%, pero resulta poco reactivo).
Otros usos
- Corte y Soldadura de Metales:
Por su elevada temperatura de llama, el acetileno producido a partir del Carburo de Calcio es ideal para obtener el mejor acabado.
- Detector de Humedad del Suelo:
Debido a su propiedad higroscópica.
- Producción de Negro de Acetileno:
Para la fabricación de baterías.
- Producción de Negro de Acetileno:
Para la fabricación de baterías.
- Siderurgia y Fundición:
Debido a su fuerte potencial de desulfuración, es usado para retirar el azufre del arrabio, acero, hierro fundido y ferroníquel. El Carburo de Calcio es también excelente agente desoxidante de escorias de acería, generando óptimos resultados en la metalurgia secundaria, tanto en la salida del acero para la cuchara, como en el horno cuchara. En los hornos cubilote sustituye parcialmente el coque metalúrgico, propiciando la obtención de hierros fundidos con menor contenido de azufre y operaciones con mayor aprovechamiento de aleaciones.
Fuente
- Adolfo Ponjuan y Blanco Química inorgánica Tomo I, Editorial Pueblo y Educación.
- Química, Tomo I, Editorial Pueblo y Educación.
- COLECTIVO DE AUTORES:Diccionario Químico, Minerales y compuestos orgánicos. T3 Editora Universitaria, La Habana, 1966.
