La cal sodada , una mezcla de hidróxido de sodio (NaOH) y óxido de calcio (CaO), se utiliza en forma granular en entornos de respiración recirculante como la anestesia general y su circuito respiratorio , submarinos , rebreathers , cámaras hiperbáricas y hábitats submarinos . Su propósito es eliminar el dióxido de carbono ( CO
2) de los gases respirados , previniendo la retención de dióxido de carbono y, eventualmente, el envenenamiento por dióxido de carbono . [1] [2] La creación de cal sódica implica el tratamiento de la cal apagada con una solución concentrada de hidróxido de sodio .
Los componentes principales de la cal sódica incluyen: óxido de calcio (CaO) que constituye aproximadamente el 75%, agua ( H
2O ) representa alrededor del 20%, el hidróxido de sodio (NaOH) representa aproximadamente el 3% y el hidróxido de potasio (KOH) está presente en aproximadamente el 0,1%.
Durante la anestesia general , los gases exhalados por el paciente , que contienen dióxido de carbono, pasan a través del circuito respiratorio de una máquina de anestesia , que contiene un bote de cal sodada lleno de gránulos de cal sodada. [1] La cal sodada de grado médico incluye un tinte indicador que cambia de color cuando alcanza su capacidad de absorción de dióxido de carbono. Para garantizar un funcionamiento adecuado, no se debe utilizar un depurador de dióxido de carbono (o bote de cal sodada) si el tinte indicador está activado. Las máquinas de anestesia estándar suelen contener hasta 2 kilogramos (4,4 lb) de gránulos de cal sodada. [ cita requerida ]
Recientemente se han desarrollado absorbentes de dióxido de carbono para minimizar el riesgo de formación de subproductos tóxicos resultantes de la interacción entre el absorbente y los anestésicos inhalados , como el halotano . Algunos absorbentes, incluidos los fabricados a partir de hidróxido de litio, están disponibles para este propósito. [ cita requerida ]
En los vuelos espaciales, el hidróxido de litio (LiOH) se utiliza como absorbente de dióxido de carbono debido a su bajo peso molecular (Na: 23 g/mol; Li: 7 g/mol), lo que permite ahorrar peso durante el lanzamiento. Durante el vuelo del Apolo 13 , los altos niveles de dióxido de carbono en el módulo lunar llevaron a la tripulación a adaptar cartuchos absorbentes de repuesto de la cápsula Apolo al sistema del módulo de excursión lunar (LEM).
El gas exhalado pasa por un proceso crucial: debe pasar por un depurador de dióxido de carbono donde se absorbe el dióxido de carbono antes de que el gas circule para respirar nuevamente. En los rebreathers , este depurador está integrado en el circuito de respiración. [2] [3] Sin embargo, en entornos más grandes, como cámaras de recompresión o submarinos, se utiliza un ventilador para garantizar un flujo continuo de gas a través del recipiente depurador. Cabe destacar que el uso de tinte indicador de color en aplicaciones de la flota de la Marina de los Estados Unidos cesó en 1996 debido a preocupaciones sobre posibles liberaciones químicas en el circuito. [4]
La reacción química general es:
Cada mol de CO2 ( 44 g) reacciona con un mol de hidróxido de calcio (74 g) y produce un mol de agua (18 g).
La reacción puede considerarse como una reacción catalizada por una base fuerte y facilitada por agua. [5]
El mecanismo de reacción del dióxido de carbono con la cal sodada se puede descomponer en tres pasos elementales:
Esta secuencia de reacciones explica el papel catalítico que desempeña el hidróxido de sodio en el sistema y por qué la cal sodada es más rápida en reactividad química que el hidróxido de calcio solo. [6] El hidróxido de sodio húmedo impregna la superficie y la porosidad de los granos de hidróxido de calcio con una gran área de superficie específica . [7] Reacciona mucho más rápidamente y, por lo tanto, contribuye a una eliminación más rápida del dióxido de carbono del circuito de reinhalación. La formación de agua por la reacción y la humedad de la respiración también actúan como disolvente para la reacción. Las reacciones en fase acuosa son generalmente más rápidas que entre un gas seco y un sólido seco. La cal sodada se utiliza comúnmente en los rebreathers de buceo de circuito cerrado y en el circuito de respiración de anestesia en los sistemas de anestesia. [8] [9]
El mismo efecto catalítico de los hidróxidos alcalinos (función del contenido de Na2Oeq del cemento ) también contribuye a la carbonatación de la portlandita por el CO2 atmosférico en el hormigón, aunque la velocidad de propagación del frente de reacción está esencialmente limitada por la difusión del dióxido de carbono dentro de la matriz de hormigón menos porosa . [10]
Una reacción similar a la anterior, también catalizada por el hidróxido de sodio, es la reacción álcali-sílice, un proceso de degradación lenta que causa la hinchazón y el agrietamiento del hormigón que contiene agregados ricos en sílice amorfa reactiva . De manera muy similar, el hidróxido de sodio facilita en gran medida la disolución de la sílice amorfa. El silicato de sodio producido reacciona entonces con el hidróxido de calcio ( portlandita ) presente en la pasta de cemento endurecida para formar silicato de calcio hidratado (abreviado como CSH en la notación química del cemento ). Esta reacción de silicificación del hidróxido de calcio a su vez libera continuamente hidróxido de sodio en solución, manteniendo un pH alto, y el ciclo continúa hasta la desaparición total de la portlandita o sílice reactiva en el hormigón expuesto. Sin la catálisis de esta reacción por hidróxidos solubles en sodio o potasio, la reacción álcali-sílice no se produciría o se limitaría a una reacción puzolánica muy lenta . La reacción álcali-sílice se puede escribir como la reacción de la cal sódica, simplemente sustituyendo el dióxido de carbono por dióxido de sílice en las reacciones mencionadas anteriormente de la siguiente manera:
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