thumb|Casa encalada en La Axarquía, España thumb|Cantera de caliza en Brønnøy, Noruega La cal es un material inorgánico compuesto principalmente de óxido de calcio y/o hidróxido de calcio. También es el nombre que se le da al óxido de calcio que se genera en el incendio de vetas de carbón y en los xenolitos de caliza alterados por eyecciones volcánicas. La Asociación Mineralógica Internacional reconoce la cal como un mineral con la fórmula química CaO. La palabra cal procede del latín vulgar cals, y este de la forma latina calx, calcis, en referencia a la piedra caliza a partir de la que se fabrica. 1. cal f. Sustancia alcalina constituida por óxido de calcio, de color blanco o blanco grisáceo, que al contacto del agua se hidrata o se apaga, con desprendimiento de calor, y mezclada con arena forma la argamasa o mortero.
Todavía se emplea en grandes cantidades como material de construcción e ingeniería (incluidos los productos derivados de la piedra caliza, como cementos, hormigones y morteros), como materia prima química y para el refinado del azúcar, entre otros usos. La industria de la cal y el uso de muchos de los productos resultantes datan de tiempos prehistóricos tanto en el Viejo Mundo como en el Nuevo Mundo. Así mismo, se usa ampliamente para el tratamiento de aguas que contienen sulfato de hierro(II).
Las rocas y los minerales de los que se obtiene suelen ser piedra caliza o creta, compuestas principalmente de carbonato de calcio. Normalmente, se cortan en bloques, se trituran o pulverizan y se tratan térmica o químicamente. La "quema" (calcinación) de carbonato de calcio en un horno de cal con una temperatura superior a lo convierte en una sustancia altamente cáustica, denominada "cal viva" o "cal sin apagar" (óxido de calcio) y, a través de la adición posterior de agua, en la menos cáustica (pero aún fuertemente alcalina) "cal apagada" o "cal hidratada" (hidróxido de calcio, Ca(OH)2). El proceso de hidratar el óxido de calcio se denomina "apagado de la cal".
Cuando el término se encuentra en un contexto agrícola, por lo general se refiere a la cal agrícola, que hoy en día suele ser piedra caliza triturada, no el producto de un horno de cal. De lo contrario, lo más común es que haga referencia al hidróxido de calcio, ya que la forma más peligrosa suele describirse más específicamente como "cal viva" (óxido de calcio).
Uso histórico en construcción
thumb|Cubeta con cal hidráulica natural (apagada) y agua para realizar el enlucido de un paramento. thumb|Una aplicación tradicional de la cal en la construcción: mampostería con enlucido de cal thumb|Casa restaurada con cal mini|Representación de un horno de cal (1906)
El principio de calcinación o "quemado" de una roca más o menos compacta o dura para extraer un componente que luego puede ser reconstituido, posiblemente sea uno de los primeros descubrimientos relacionados con los usos dados al fuego por los humanos. Las rocas de sulfato cálcico calentadas a unos 120 °C producen yeso, un material más fácil de obtener que probablemente se descubrió mucho antes que la cal.
Período preneolítico Según los hallazgos en 'Ain Ghazal en Jordania, Yiftahel en Israel y Abu Hureyra en Siria, que datan del 7500 al 6000 a. C., el primer uso de la cal fue principalmente como aglutinante para formar pavimentos y en forma de mortero para revestir paredes. Este uso pudo haber conducido a su vez al desarrollo de la protocerámica, hecha de cal y ceniza. Para confeccionar morteros con cal, el material de base empleado desde más antiguo fue el barro. Según los hallazgos en Catal Hüyük en Turquía, el barro pronto fue seguido por la arcilla y después por la cal en el sexto milenio a. C.
El uso de la cal también está documentado en las primeras ciudades, como Çatalhöyük en Anatolia (hacia el 7000 a. C.) o Jericó en Israel (hacia el 6000 a. C.), donde se usaba en revestimientos.
Mesopotamia, Antiguo Egipto, Extremo Oriente y América Precolombina El uso de la cal se extendió por el creciente fértil y fue habitual en Mesopotamia (donde existían hornos de cal datados en el 2500 a. C.), extendiéndose su empleo hasta el Extremo Oriente. Por su parte, fue un material frecuentemente utilizado para hacer revestimientos y decoraciones por los mayas en el centro y el norte de México, así como por las culturas andinas.
Se sabe que en el antiguo Egipto (a partir del año 3000 a. C.) se utilizaron mezclas de yeso y de cal como soportes para la pintura mural, aunque no es posible saber si la presencia de cal es un residuo resultante de la presencia de caliza mezclada naturalmente con las rocas de yeso, o bien se añadió intencionadamente cal producida al efecto.
Mundo grecorromano Probablemente fueron los griegos los primeros en utilizar ampliamente la cal para el revestimiento de muros, como muestran los pavimentos del palacio de Knossos en la isla de Creta. Pero serían los romanos quienes heredaron esta técnica y le añadieron arena para formar morteros. Fue en época romana cuando se perfeccionó el proceso de fabricación de la cal, seleccionándose las materias primas con gran cuidado, como la piedra caliza procedente de Etruria, y llegaron a estudiar de forma rudimentaria las propiedades de la cal después de cocida.
Edad Media y Renacimiento La caída del Imperio Romano de Occidente supuso que durante un milenio se produjera un retorno generalizado a elaboraciones de cal más elementales, conservándose en Europa a duras penas las técnicas del empleo de la cal heredadas de Roma, que sobrevivieron más o menos inalteradas primero a través de la cultura bizantina y después a través del mundo árabe.
Alrededor del año 500 se desarrolló en China una mezcla de cal con arroz cocido (mortero de cal con arroz) para producir un compuesto orgánico-inorgánico que tenía más fuerza y resistencia al agua que el mortero de cal. El arroz glutinoso desempeñó un papel importante en el mantenimiento de la durabilidad de la Gran Muralla china, así como en tumbas, pagodas y numerosas murallas.
No sería hasta el "redescubrimiento" de los tratados del célebre arquitecto romano Vitruvio en 1414, y gracias a sus "Diez Libros" se pudieron recuperar los métodos romanos de dosificación y aplicación de la cal, consolidando los avances empíricos costosamente desarrollados durante el período de la arquitectura gótica. La cal siguió siendo ampliamente utilizada en las construcciones renacentistas y barrocas, hasta que fue progresivamente sustituida como aglomerante en los morteros por productos estandarizados como el cemento Portland.
A partir del Los técnicos y científicos de mediados del y comienzos del estaban interesados en las propiedades hidráulicas de la cal. Durante siglos se había considerado la caliza que contenía arcillas como un material impuro, inadecuado para fabricar cal. Pero hacia 1750 se observó en Inglaterra que las cales fabricadas con calizas que contenían arcilla producían unos morteros de mayor resistencia y capaces de fraguar bajo el agua, lo que sirvió al ingeniero John Smeaton para desarrollar un primitivo hormigón a base de cal, polvo de ladrillo y guijarros.
Finalmente, sería el ingeniero francés Louis Vicat quien definió en la segunda década del la teoría de la hidraulicidad, afirmando que cuando la caliza contiene una proporción de arcilla íntimamente mezclada, se obtiene por calcinación una cal hidráulica. A Vicat se le atribuye habitualmente en Francia la invención del cemento moderno,. aunque sería mediante modificaciones y mejoras sucesivas de su experimento original como se llegó a la dosificación adecuada del cemento Portland, que acabaría sustituyendo por completo a la cal hidráulica en la producción de morteros y hormigones.
Con posterioridad, sus usos más habituales en construcción se centran en los morteros de cal (empleados en albañilería y en la restauración de edificaciones antiguas originalmente levantadas con morteros de cal), enlucidos (el tradicional encalado de las casas del ámbito mediterráneo, así como en la técnica del esgrafiado), y en la fabricación de ladrillos silico-calcáreos.
Producción
mini|Antiguo horno de cal y su foso cerca de Anzin. Siempre se situaban en altura o cerca de un foso, necesario para facilitar el flujo o la evacuación por dilución del anhídrido carbónico, un gas asfixiante más pesado que el aire mini|Horno de cal, situado en Brunner Mond, cerca de Northwich, en el condado de Cheshire, Inglaterra
En la industria de la cal, el término caliza es una denominación general que se aplica a las rocas que contienen 80% o más de carbonato de calcio o de magnesio, incluidos el mármol, la creta, las oolitas y las margas. Se realiza una clasificación adicional por su composición, distinguiéndose entre rocas con alto contenido de calcio, rocas arcillosas, rocas silíceas, conglomerados, rocas magnésicas, dolomías y otros materiales calcáreos.Lazell, Ellis Warren. Hydrated lime; history, manufacture and uses in plaster, mortar, concrete; a manual for the architect, engineer, contractor and builders. Pittsburgh: Jackson-Remlinger Printing Co., 1915. 21. Print. Fuentes poco comunes de cal incluyen los corales, las conchas marinas, la calcita y la ankerita.
La piedra caliza se extrae de canteras o en algunos casos de minas. Parte de la piedra extraída, seleccionada según su composición química y granulometría óptica, se calcina a unos en hornos de cal para producir cal viva según la reacción:
\overset{carbonato~de~calcio}{CaCO3} ->[][\text{heat}] \overset{oxido~de~calcio}{CaO} + \overset{dioxido~de~carbono}{CO2}.
Antes de emplearse, el óxido de calcio es hidratado mezclándolo con agua, proceso que se conoce como apagado, por lo que la cal hidratada también se conoce como cal apagada, que se produce de acuerdo con la reacción:
{CaO} + \overset{agua}{H2O} -> \overset{hidróxido~de~calcio}{Ca(OH)2}.
El "apagado en seco" es apagar la cal viva con agua suficiente para hidratar la cal viva, pero para mantenerla en forma de polvo; el producto resultante se conoce como cal hidratada. En el "apagado húmedo", se agrega un poco de agua en exceso para hidratar la cal viva hasta obtener una forma denominada masilla de cal.
Debido a que la cal tiene la capacidad de adherirse a ladrillos y piedras, a menudo se usa como aglutinante en los morteros utilizados en trabajos de albañilería. También se utiliza como revestimiento de paredes para permitir la aplicación de diversos tipos de pinturas, o para formar directamente una capa de un blanco luminoso mediante la técnica conocida como encalado.
Ciclo de la cal right|thumb|El ciclo de la cal para la cal rica en calcio
El proceso por el que la piedra caliza (carbonato de calcio) se convierte en cal viva por calentamiento, luego en cal apagada por hidratación y, de forma natural, vuelve a convertirse en carbonato de calcio por carbonatación, se denomina "ciclo de la cal". Las condiciones y los compuestos presentes durante cada paso del ciclo de la cal tienen una fuerte influencia en el producto final,Krzysztof Kudłacz, "Phase Transitions Within the Lime Cycle: Implications in Heritage Conservation" Thesis. April, 2013. University of Granada. de ahí la compleja y variada naturaleza física de los productos de la cal.
Un ejemplo es cuando se mezcla cal apagada (hidróxido de calcio) en una lechada espesa con arena y agua para formar un mortero utilizado en construcción. Cuando se ha colocado la mampostería, la cal apagada del mortero comienza a reaccionar lentamente con el dióxido de carbono del aire para formar carbonato de calcio (piedra caliza) según la reacción:
Ca(OH)2 + CO2 ? CaCO3 + H2O.
El dióxido de carbono que participa en esta reacción está principalmente disponible en el aire o disuelto en el agua de lluvia, por lo que el mortero de cal pura no se volverá a carbonatar bajo el agua o dentro de una pared de mampostería gruesa.