Calce
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La calce è un materiale da costruzione (ma anche con altri utilizzi) noto fin dall'antichità
La calce si presenta in due forme chimicamente distinte:
- La calce viva, ossido di calcio, CaO, fortemente igroscopica
- La calce spenta, idrossido di calcio, Ca(OH)2
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[modifica] Storia
Già i Romani ed i Fenici prima avevano imparato ad usare la calce come materiale da costruzione, mescolata con la sabbia a formare la malta. Inizialmente adoperata nella forma di calce aerea (che indurisce solo se a contatto con aria) venne successivamente mischiata con pezzi di argilla cotta (vasellame, mattoni ecc.) oppure a pozzolana, una sabbia ricca di silice, che ne alterano le caratteristiche di resistenza, impermeabilità e soprattutto ne consentono la presa anche in ambienti non a contatto con aria (tipicamente sott'acqua). Nasceva così la calce idraulica. Nel 1850 l'inglese John Smeaton scopriva che alcune marne calcaree contengono al loro interno impurità argillose o silicee; da questi minerali si può ottenere la calce idraulica naturale in quanto contiene già le caratteristiche di idraulicità senza l'aggiunta di parti esterne. Vitruvio, nella sua opera De architectura ne descrive la produzione a partire da pietre bianche, cotte in appositi forni dove perdono peso (oggi sappiamo in conseguenza della liberazione di anidride carbonica). Il materiale ottenuto, la calce viva, era poi spenta gettandola in apposite vasche piene di acqua.
[modifica] Preparazione
La materia prima per la produzione della calce è il calcare, una roccia sedimentaria ricca di carbonato di calcio ( CaCO3 ) che viene estratta da apposite cave. Le Dolomiti sono storicamente e geologicamente ricche in questo senso. Può essere usato anche marmo o altri minerali.
Il materiale, grossolanamente frantumato, è introdotto in appositi forni o fornaci dove viene riscaldato a 800-1200° per decine di ore. In questa fase avviene un reazione chimica che porta alla liberazione di anidride carbonica e produzione dell'ossido di calce:
- CaCO3 -> CaO + CO2
Dopo la cottura i frammenti di pietra riducono il loro peso di circa un terzo a causa degli atomi di carbonio e ossigeno perduti, ed assumono una consistenza porosa. Esse costituiscono la calce viva che, commercializzata così com'è oppure ridotta in polvere, deve essere conservata in recipienti perfettamente ermetici, poiché è molto igroscopica.
Per ottenere la calce definitiva, o calce spenta, il materiale viene immerso in vasche piene d'acqua dove avviene una reazione di idratazione, accompagnata da un violento rilascio di calore che frantuma le pietre (la procedura è detta spegnimento):
- CaO + H2O -> Ca(OH)2
Il materiale che non ha reagito durante la cottura rimane sul fondo della vasca, mentre la calce in sospensione (grassello di calce) viene prelevata per mezzo di un canale comunicante con una vasca di raccolta. La miscela acquosa ottenuta può essere utilizzata subito in cantiere oppure può essere imballata in sacchi ermetici e conservata per anni. L'acqua che si separa dalla miscela è detta latte di calce.
La calce idraulica è preparata a partire da roccia calcarea ricca di silicati e composti dell'alluminio e del magnesio.
Il nome deriva dal fatto che, differenza della calce normale, è in grado di fare presa in poche ore anche a contatto con l'acqua.
[modifica] Carbonatazione
La presa inizia con l'asportazione dell'acqua e la successiva essiccazione. Ciò la rende inutilizzabile per le applicazioni a contatto con l'acqua (ponti, moli), ma la rende preferibile al cemento dove l'essiccazione avvenga rapidamente, come nell'applicazione di intonaci. Il cemento infatti non dovrebbe invece asciugare prima che sia terminata la fase di presa.
Una volta che la calce si è essiccata, a contatto con l'anidride carbonica presente nell'atmosfera inizia un lento processo che la trasforma in calcare (carbonatazione), il composto originario dal quale è stata prodotta. La reazione è:
- Ca(OH)2 + CO2 -> Ca(CO3) + H2O
Anche se la reazione precedente è corretta dal punto di vista formale, la reazione reale è più complessa. Osservando la precedente reazione infatti, il processo sembrerebbe avvenire tra un solido Ca(OH)2 e un gas CO2, mentre in realtà la reazione avviene in fase acquosa grazie all'acqua di impasto della calce.
L'idrossido di calcio infatti si scioglie in acqua, grazie ad una buona solubilità, l'anidride carbonica si scioglie anch'essa in acqua, formando una specie indicata come acido carbonico H2CO3, da cui per reazione acido base si forma un sale poco solubile, ovvero il carbonato di calcio. La forma corretta è dunque:
- Ca2+ + 2OH- + 2H+ +CO32- -> Ca(CO3) + 2 H2O
[modifica] Impieghi
La calce viva è usata:
- per trattare le acque per ridurre l'acidità
- nella depurazione per rimuovere i fosfati ed altre impurità (flocculante) e per desolforizzare i gas di scarico
- nella fabbricazione della carta per dissolvere le fibre di legno
- come candeggiante e sbiancante
- per disinfettare ambienti
- in agricoltura per correggere i terreni acidi
- in chimica è usato per purificare l'acido citrico ed il glucosio, come essiccante e assorbitore di anidride carbonica
La calce spenta è usata:
- come materiale da costruzione unita alla sabbia (stabilitura)
- mescolato al cemento per produrre una malta plastica adatta per gli intonaci
- nella concia delle pelli
- nell'industria petrolchimica per produrre additivi per lubrificanti
- per la produzione dello stereato di calcio
- per la neutralizzazione e l'assorbimento di inquinanti
- per il trattamento dell'acqua usata nell'industria alimentare
- per correggere l'acidità dei terreni
- in agricoltura, unita al solfato di rame è usato come anticrittogamico (miscela bordolese)
- nell'industria farmaceutica per preparare sali di calcio e magnesio
- in odontoiatria come medicamento nei sottofondi e nell'endodonzia
[modifica] Sicurezza
La calce, e particolarmente quella viva, presentano una forte alcalinità e causticità. Il contatto con la pelle con l'ossido anidro può provocare gravi ustioni come avviene con la soda caustica. Il contatto con poca acqua (non sufficiente ad assorbire il calore prodotto) può provocare una violenta ebollizione e la proiezione di schizzi caustici e bollenti.
per questi motivi è importante utilizzare guanti ed occhiali protettivi quando si maneggi la calce, sia solida che in soluzione, sia la malta di calce.
L'ingestione di idrossido di calcio può provocare gravi sintomi, tra cui difficoltà respiratoria, emorragie gastrointestinali, ipotensione e pericolose alterazioni nel pH del sangue.
