La cal sodada , una mezcla de hidróxido de sodio (NaOH) y óxido de calcio (CaO), se usa en forma granular en ambientes respiratorios de recirculación como anestesia general y su circuito respiratorio , submarinos , rebreathers y cámaras hiperbáricas y hábitats submarinos . Su finalidad es eliminar el dióxido de carbono ( CO
2) de respirar gases , previniendo la retención de dióxido de carbono y, eventualmente, el envenenamiento por dióxido de carbono . [1] [2] La creación de cal sodada implica el tratamiento de cal apagada con una solución concentrada de hidróxido de sodio .
Los componentes principales de la cal sodada 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 un recipiente de cal sodada) si el tinte indicador está activado. Las máquinas de anestesia estándar suelen contener hasta 2 kilogramos (4,4 libras) de gránulos de cal sodada. [ cita necesaria ]
Se han desarrollado absorbentes de dióxido de carbono recientes para minimizar el riesgo de formación de subproductos tóxicos resultantes de la interacción entre el absorbente y los anestésicos inhalados , como el halotano . Para este fin se encuentran disponibles algunos absorbentes, incluidos los elaborados con hidróxido de litio. [ cita necesaria ]
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), ahorrando 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 a través de 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 emplea un ventilador para garantizar un flujo continuo de gas a través del recipiente de lavado. En particular, el uso de tinte indicador de color en las aplicaciones de la flota de la Armada 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 CO 2 (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 tiene una reactividad química más rápida 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 alta superficie específica . [7] Reacciona mucho más rápidamente y contribuye así a una eliminación más rápida del monóxido de carbono del circuito de reinhalación. La formación de agua durante 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 usa comúnmente en rebreathers de buceo de circuito cerrado y en el circuito respiratorio de anestesia en sistemas de anestesia. [8] [9]
El mismo efecto catalítico de los hidróxidos alcalinos (función del contenido eq de Na 2 O del cemento ) también contribuye a la carbonatación de la portlandita por el CO 2 atmosférico en el hormigón , aunque la velocidad de propagación del frente de reacción está esencialmente limitada por el dióxido de carbono. difusión dentro de la matriz de hormigón menos porosa . [10]
Una reacción similar a la anterior, también catalizada por hidróxido de sodio, es la reacción álcali-sílice, un proceso de degradación lento que provoca el hinchamiento y el agrietamiento del hormigón que contiene agregados ricos en sílice amorfa reactiva . De forma muy similar, el hidróxido de sodio facilita enormemente la disolución de la sílice amorfa. El silicato de sodio producido luego reacciona con el hidróxido de calcio ( portlandita ) presente en la pasta de cemento endurecida para formar hidrato de silicato de calcio (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 visto. Sin la catálisis de esta reacción mediante hidróxidos solubles en sodio o potasio, la reacción álcali-sílice no procedería o se limitaría a una reacción puzolánica muy lenta . La reacción álcali-sílice se puede escribir como la reacción de cal sodada, simplemente sustituyendo dióxido de carbono por dióxido de sílice en las reacciones mencionadas anteriormente de la siguiente manera:
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