Sulfuro de calcio

¿Qué es el sulfuro de calcio?

El sulfuro de calcio es un sólido inorgánico formado por calcio (Ca) y azufre (S), de fórmula química CaS. Es un sólido blanco amarillento soluble en agua, que se encuentra en la naturaleza en algunos volcanes y en algunos meteoritos en forma de un mineral denominado oldhamita.

El CaS, al disolverse en agua, forma diversos compuestos debido a que el ion sulfuro S^2- se convierte en ion SH^– y se forman iones OH^–. La solución resultante es alcalina. Este compuesto se utiliza como base para compuestos luminiscentes o que producen luz visible bajo ciertas condiciones. Estos materiales también se usan en pinturas luminosas.

El CaS se ha considerado como posible medicamento para tratar problemas del corazón y los vasos sanguíneos, como la hipertensión o presión alta, enfermedad que afecta gran parte de la población mundial.

Con el sulfuro de calcio se pueden obtener otros compuestos, como el nitrato de calcio y el carbonato de calcio. Debe manejarse con precaución, y en contacto con la humedad de la atmósfera puede producir H₂S, el cual es muy tóxico.

Estructura del sulfuro de calcio

El sulfuro de calcio es un compuesto altamente iónico formado por un ion calcio Ca²⁺ y un ion sulfuro S^2-.

Cristaliza en una estructura cúbica como la sal de roca.

Propiedades físicas del sulfuro de calcio

• Estado físico. Sólido cristalino blanco amarillento, cristales cúbicos como los del cloruro de sodio.
• Peso molecular. 72,144 g/mol.
• Punto de fusión. 2528 °C.
• Densidad. 2,59 g/cm³
• Solubilidad. Soluble en agua. Insoluble en etanol.

Propiedades químicas del sulfuro de calcio

• Solución acuosa. Al disolverse en agua, el CaS se separa en sus iones calcio Ca ²⁺ y sulfuro S^2-. Este último en agua toma un protón y se convierte en el ion hidrosulfuro SH^– liberando un ion hidroxilo OH^–. S^2- + H₂O ⇔ SH^– + OH^–. Por lo tanto, las soluciones de sulfuro de calcio CaS son alcalinas (tienen pH básico) y no poseen iones S^2- sino SH^–. Solo en el caso de que se agregue a la solución una gran cantidad de álcali, como hidróxido de sodio NaOH, el equilibrio se desplaza hacia la formación de iones sulfuro S^2-. El SH^– puede tomar otro protón H⁺ del agua, formando sulfuro de hidrógeno, el cual es un compuesto muy tóxico. SH^– + H₂O ⇔ H₂S + OH^–. Por ello en agua se forman pequeñas cantidades de H₂S y al estar expuesto a la humedad del ambiente el CaS desprende un olor desagradable típico del sulfuro de hidrógeno.
• Compuestos presentes al disolverse en agua. El resultado de las reacciones en agua anteriormente indicadas es que se forman Ca(SH)₂, Ca(OH)₂ y Ca(SH)(OH).  //  CaS + H₂O → Ca(SH)(OH)  // Ca(SH)(OH) + H₂O → Ca(OH)₂ + H₂S.
• Reacción con ácidos. Las mismas reacciones que ocurren en agua hacen que el CaS reaccione con ácidos formando H₂S. CaS + 2 HCl → CaCl₂ + H₂S.
• Otras reacciones. Si se calienta una solución de sulfuro de calcio con azufre se obtienen los iones polisulfuro S₄^2- y S₃^2-. Si se calienta el CaS en aire seco u oxígeno puro el compuesto se oxida a sulfito de calcio CaSO₃ y luego a sulfato de calcio CaSO₄: 2 CaS + 3 O₂ → 2 CaSO₃  //  2 CaSO₃ + O₂ → 2 CaSO₄. Con agentes oxidantes como clorato de potasio KClO₃, nitrato de potasio KNO₃ o dióxido de plomo PbO₂ ocurren reacciones violentas.

Obtención del sulfuro de calcio

El sulfuro de calcio puede prepararse calcinando (calentando a muy alta temperatura) los elementos calcio (Ca) y azufre (S) en atmósfera inerte, es decir, que no estén presentes por ejemplo ni oxígeno ni vapor de agua.

Ca + S + calor → CaS

También puede obtenerse calentando sulfato de calcio CaSO₄ con carbón:

CaSO₄ + 2 C → CaS + 2 CO₂

Sin embargo, en este último caso no se obtiene un CaS puro, pues reacciona adicionalmente con el CaSO₄ formando CaO y SO₂.

También se genera CaS quemando desechos de carbón.

• Presencia en la naturaleza. El CaS se encuentra presente de forma natural en el mineral oldhamita. Este es un componente de algunos meteoritos y tiene importancia por las investigaciones científicas que se realizan sobre el sistema solar. Se cree que la oldhamita se formó por condensación en la nebulosa que originó el sistema solar. También está presente en los volcanes. Además, el sulfuro de calcio se produce naturalmente por la reducción del CaSO₄ (yeso) posiblemente por la acción de bacterias.

Usos del sulfuro de calcio

• En materiales luminosos. Uno de los usos más extendidos del sulfuro de calcio ha sido como base para compuestos luminiscentes. Estos son sustancias que emiten luz visible bajo ciertas circunstancias. En los compuestos luminiscentes de CaS, este actúa como base y se añaden activadores a la estructura, como, por ejemplo, cloruros de ciertos elementos, como cerio (Ce³⁺) y europio (Eu²⁺). El material resultante de la unión del CaS y el activador se utiliza por ejemplo en pantallas de tubos de rayos catódicos que conforman las antiguas pantallas de los ordenadores o computadoras o antiguos aparatos de TV. También se emplean en las actuales lámparas de diodos emisores de luz, o LED. Estos materiales también son utilizados en pinturas luminosas y barnices.
• En medicina. El sulfuro de calcio ha sido considerado en estudios médico-científicos como fármaco para tratar la hipertensión arterial, enfermedad que afecta el sistema cardiovascular de las personas (corazón y vasos sanguíneos). Se considera el CaS como un “donante” de H₂S. Este juega un rol importante en la regulación del tono o fuerza de los vasos sanguíneos, por lo que la administración de CaS podría ser un posible remedio para tratar la hipertensión.
• En la obtención de otros compuestos. El sulfuro de calcio permite preparar otros compuestos como por ejemplo el nitrato de calcio Ca(NO₃)₂: CaS + 2 HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂S. También se ha utilizado para obtener carbonato de calcio CaCO₃. Para ello se somete una solución acuosa de CaS a carbonatación con CO₂: CaS + H₂O + CO₂ → H₂S + CaCO₃
• Otras aplicaciones. El sulfuro de calcio también se emplea como aditivo para lubricantes y como agente de flotación en la extracción de minerales.

Riesgos del sulfuro de calcio

El sulfuro de calcio puede causar irritación de la piel, de los ojos y del tracto respiratorio. Debe manipularse con precaución y con implementos de seguridad adecuados.

Es un compuesto muy tóxico para la vida acuática, por lo que es peligroso para dichos ambientes.

Referencias

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2. Lide, D.R. (editor). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85^th CRC Press.
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