Il ciclo della calce è la sequenza di trasformazioni che parte dal carbonato di calcio, produce calce viva e calce idrata, e si chiude con la carbonatazione. È centrale per malte aeree, intonaci tradizionali, materiali da costruzione a base di calcio e lettura chimica dei processi storici di edilizia.
Sequenza chimica
La prima fase è la calcinazione del carbonato di calcio, ottenuta per riscaldamento:
La calce viva, cioè ossido di calcio, reagisce poi con acqua formando idrossido di calcio:
L’idrossido di calcio indurisce assorbendo diossido di carbonio dall’aria:
| Fase | Reazione | Ruolo nel ciclo |
|---|---|---|
| calcinazione | \displaystyle \mathrm{CaCO_3\rightarrow CaO+CO_2} | produce calce viva e libera \displaystyle \mathrm{CO_2} |
| spegnimento | \displaystyle \mathrm{CaO+H_2O\rightarrow Ca(OH)_2} | produce calce idrata o grassello |
| carbonatazione | \displaystyle \mathrm{Ca(OH)_2+CO_2\rightarrow CaCO_3+H_2O} | restituisce carbonato e consolida la matrice |
Significato per le malte
Nelle malte aeree il legante fa presa perché la \mathrm{CO_2} atmosferica penetra nei pori e trasforma progressivamente la calce idrata in carbonato di calcio. L’indurimento non è istantaneo: dipende da porosità, spessore dello strato, umidità, temperatura e disponibilità di aria.
L’umidità ha un ruolo doppio. Troppo poca acqua rallenta dissoluzione e trasporto ionico; troppa acqua satura i pori e riduce la diffusione della \mathrm{CO_2}. Per questo una malta a calce può indurire bene in condizioni moderatamente umide e ventilate, ma restare fragile in strati interni poco raggiunti dall’aria.
Bilanci e limiti
Dal punto di vista stechiometrico, una mole di carbonato di calcio produce una mole di ossido di calcio e una mole di \mathrm{CO_2} in calcinazione; nella fase finale una mole di idrossido di calcio consuma una mole di \mathrm{CO_2}.
Questo non significa che il ciclo sia climaticamente neutro in senso pratico: la cottura richiede energia, parte della \mathrm{CO_2} emessa deriva dal combustibile e la carbonatazione può essere incompleta o molto lenta in elementi massivi.
Distinzione da cementi idraulici
La calce aerea indurisce soprattutto per carbonatazione. I leganti idraulici, invece, sviluppano resistenza anche per idratazione di silicati e alluminati, quindi possono indurire in presenza d’acqua e non dipendono solo dall’accesso della \mathrm{CO_2} atmosferica.
Un errore comune è trattare ogni malta come se indurisse nello stesso modo. Nelle malte a calce il controllo di aria, umidità e spessore è parte del meccanismo chimico; nei cementi moderni la maturazione è dominata da reazioni di idratazione, anche se la carbonatazione può intervenire successivamente sulla durabilità.
Vedi anche: Carbonatazione, Metalli alcalino-terrosi, Durezza dell’acqua, Chimica inorganica.