KALCIJEV SILIKAT: LASTNOSTI, STRUKTURA, PRIDOBIVANJE, UPORABE - KEMIJA - 2025

Kalcijev silikat je ime, ki je dodeljen v skupino kemičnih spojin, ki nastanejo iz kalcijevega oksida (CaO) in silicijevega dioksida (SiO ₂ ). Splošna formula teh spojin je xCaO • ySiO ₂ • ZH ₂ O.

So bele ali rumenkasto bele trdne snovi. Lahko so brezvodne, torej brez vode (H ₂ O) v svoji strukturi ali pa jo lahko vsebujejo. V naravi so del več vrst mineralov.

Mineral kalcijev silikat. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Public domain. Vir: Wikimedia Commons.

Kalcijevi silikati so netopni v vodi, vendar, ko se z njimi pridružijo, tvorijo hidrirane gele (materiale, kot je želatina), ki so zelo trdi, odporni in skoraj vodoodporni.

To je privedlo do njihove uporabe v gradbeništvu, saj se uporabljajo v cementu, opeki in vlagoizolacijskih panelih. Prav tako so del materialov za zdravljenje perforacij v zobeh in so jih celo proučevali za uporabo pri regeneraciji kosti, torej kot biomaterial.

Predlagano je bilo zmanjšanje onesnaževanja, ki ga ustvarjajo nekatere metalurške industrije. Uporabljajo se tudi kot generatorji trenja v zavorah in sklopkah vozil.

Struktura

Kalcijev silikat lahko vsebuje spremenljivo količino kalcijevega oksida (CaO) in silicijevega dioksida (SiO ₂ ). Njegova splošna formula je:

xCaO • Ysio ₂ • ZH ₂ O

kjer so x, y in z številke, ki imajo lahko različne vrednosti.

Količina CaO mora biti med 3% in 35% (po teži na suho), vsebnost SiO _{2 pa} mora biti med 50-95% (na maso na suho). Lahko so brezvodne (brez vode v njeni strukturi, torej z = 0 v formuli) ali pa jih lahko hidriramo (z vodo je njena konformacija).

Nomenklatura

• Kalcijev silikat
• Kalcijeva sol silicijeve kisline
• Kalcijev oksid in silicij

Lastnosti

Fizično stanje

Zelo fina bela ali sivo bela trdna snov.

Molekularna teža

Kalcijev meta- silikat CaO • SiO ₂ ali Casio ₃ = 116,16 g / mol

Tališče

Kalcijev Metasilicate Casio ₃ = 1540 ° C

Gostota

Kalcijev Metasilicate Casio ₃ = 2,92 g / cc

Topnost

Netopen v vodi in etanolu.

pH

Blato, pripravljeno s 5% kalcijevim silikatom, ima lahko pH 8,4-12,5.

Druge lastnosti

Kalcijev silikat je lahko hidratiran (z vodo v molekuli) ali brezvoden (brez vode v molekuli) z različnimi deleži kalcija v obliki kalcijevega oksida CaO in kremena v obliki silicijevega dioksida SiO ₂ .

Ima visoko sposobnost absorpcije vode. Kalcijev metasilikat (CaO • SiO ₂ ali CaSiO ₃ ) izstopa po sijaju in belini, nizki vlažnosti, nizki vsebnosti hlapnih snovi in ​​dobri absorpciji olja.

CaSiO ₃ kalcijev metasilikat . Ondřej Mangl / Javna last. Vir: Wikimedia Commons.

Med hidrati kalcijevega silikata ločimo tiste, ki nastanejo z dodajanjem vode v Ca ₂ SiO ₅ in Ca ₃ SiO ₅ . Hidracijski produkti teh dveh spojin so v nekaterih vrstah cementa najbolj obilni.

Pridobitev

Kalcijev silikat nastane na različne načine z reakcijo silicijevega materiala (kot je diatomejska zemlja) in kalcijevih spojin (kot je kalcijev hidroksid (Ca (OH) ₂ ).

Kalcijev silikat lahko pripravimo na primer s kalciniranjem kalcijevega oksida (CaO) s silicijevim dioksidom (SiO ₂ ) pri povišanih temperaturah.

Kadar reakcijo izvedemo pri 1: molskem razmerju 1 (to pomeni, da so enako število CaO molekul kot SiO ₂ ), kalcijeve metasilikat CASIO ₃ ali CaO • SiO _{2 rezultati} :

CaO + SiO ₂ + toplota → CaSiO ₃

Prijave

Pri pridobivanju opek

S kalcijevimi silikatnimi enotami so izdelane enote ali opeke za gradnjo. Dobijo jih s finim silicijevim materialom in kislim apno ali hidriranim apnom. Lahko dodate inertne pigmente, ki dajo opeki drugačno barvo.

Enote se oblikujejo pod tlakom in strdijo v avtoklavu (parni peči) pri 170 ° C 4-6 ur. Med strjevanjem nekaj apna reagira s silicijevim materialom in tvori kalcijev silikatni hidrat, ki opeko drži skupaj.

Kalcijeve silikatne opeke. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Vir: Wikimedia Commons.

Vendar se kalcijeve silikatne opeke ponavadi širijo in krčijo bolj kot glinene opeke, kar lahko včasih povzroči razpokanje zidane opeke.

To je pritegnilo pozornost in ocenili so jih kot potencialno nevarne.

V Portland cementu

Kalcijevi silikati so del Portland cementa, ki je široko uporabljen material v gradbeništvu.

Portland cement je hidravlični cement, ki ga pridobivajo v prahu materiali, ki jih tvorijo večinoma hidratizirani kalcijevi silikati in kalcijev sulfat CaSO ₄ (gips).

Površina s cementom. Cement vsebuje kalcijeve silikate v svoji sestavi. Avtor: Pexels. Vir: Pixabay.

Hitro strdi zaradi reakcije hidracije, ki ustvarja hidriran kalcijev silikatni gel. Tako nastane močan, gost in slabo prepusten material (ki ne prepušča vode).

V silikati jih vsebuje, trikalcijev silikat Ca ₃ SiO ₅ ali 3CaO.SiO ₂ in dikalcijev silikat Ca ₂ SiO ₄ ali 2CaO.SiO ₂ .

Za imobilizacijo radioaktivnih smeti

Kalcijevi silikati v cementu se lahko razlikujejo glede na njihov masni odstotek. Sestava Portland cementa se lahko spreminja, odvisno od vrste konstrukcijske konstrukcije, za katero je namenjen.

Nekatere vrste tega cementa se uporabljajo za imobilizacijo radioaktivnih odpadkov, tako da ne povzroča škode ljudem ali okolju.

Kot izolator za stavbe

Kalcijev silikat se uporablja za pridobivanje plošč iz mineralne pene ali izolacijskih mineralnih plošč.

Listi iz kalcijevega silikata. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Vir: Wikimedia Commons.

Te služijo za izolacijo sten pred vlago. CaO in SiO ₂ pomešamo z vodo in dodamo 3-6% celuloze, kar izboljša prožnost in stabilnost robov.

Nastalo blato se vlije v kalupe in nato segreva s paro pri visokem tlaku in temperaturi v posebni parni pečici, imenovani avtoklavi.

Rezultat je trda, zelo fino narezana pena, ki jo razrežemo na plošče ali deske in obdelamo s posebnimi dodatki, tako da lahko odbija vodo.

Kalcijeva silikatna pena se uporablja v gradbeništvu, zlasti za izolacijo sten in izboljšanje zaščite pred vlago, kar je uporabno zlasti pri obnovi starih zgradb.

Za zmanjšanje onesnaževanja v metalurški industriji

Dikalcijev silikat Ca ₂ SiO ₄ ali 2CaO.SiO _{2, ki ga} najdemo v žlindri ali odpadkih pri proizvodnji jekla, je bil uporabljen za oboritev raztopljenih kovin v kislih odtokih iz drugih metalurških postopkov.

Obarjanje pomeni, da raztopljena kovina postane del trdne spojine, ki gre na dno posode in jo je mogoče zbrati.

Nekateri odpadki iz jeklarske industrije vsebujejo kalcijeve silikate, ki so uporabni za obarjanje kovin iz kislih raztopin. Avtor: Skeeze. Vir: Pixabay.

Ca ₂ SiO _4, prisoten v jekleni žlindri, reagira z vodo in ustvari Ca (OH) _2, ki ima sposobnost nevtralizacije kislosti kislih raztopin kovin iz drugih procesov:

2 Ca ₂ SiO ₄ + 4 H ₂ O → 3CaO. 2SiO _2. 3H ₂ O + Ca (OH) ₂

Poleg nevtralizacije lahko spojina kalcijevega silikata adsorbira nekatere kovinske ione M ²⁺ z izmenjavo s kalcijevim ionom Ca ²⁺ . Tukaj je oris:

≡Si-O-Ca + M ²⁺ → ≡Si-OM + Ca ²⁺

Trdna spojina, ki vsebuje kovino, se lahko nato uporabi za drug namen in je ne zavrže. To je primer industrijske ekologije.

V biomaterialih

Keramiko s kalcijevim silikatom so začeli preizkušati kot biomateriale od leta 1990. Preučevali so jih o njihovi potencialni uporabi pri regeneraciji kostnega tkiva, ker imajo vrhunsko bioaktivnost kot drugi materiali.

To gre pripisati dejstvu, da imajo silicij (Si), ki ima bistveno vlogo v mehanizmih, ki vodijo do nastanka nove kosti.

Cementi na osnovi kalcijevega silikata lahko povzročijo nastanek kalcijevega fosfata / apatitne prevleke, kadar so potopljeni v biološke tekočine in spodbujajo regeneracijo tkiva.

Kalcijevi silikati lahko delujejo kot osnova za biomateriale, ki omogočajo popravljanje kosti. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Vir: Wikimedia Commons.

Zaradi tega velja za primeren material za obnavljanje kosti.

V biodentinu

Kalcijev silikat je del biodentina. To je material, ki se uporablja za popravilo zobnih lukenj, resorpcij kosti in kot polnilo za konec korenin zob.

Biodentin je bioaktivni cement z nizko poroznostjo, ki ima večjo mehansko trdnost ali trdoto kot drugi materiali in je podoben dentinu.

Kalcijevi silikati so del materialov, ki se uporabljajo za pokrivanje perforacij v zobeh. Jak / Javna last. Vir: Wikimedia Commons.

Sestavljen je iz trikalcijevega silikata (Ca ₃ SiO ₅ ), dikalcijevega silikata (Ca ₂ SiO ₅ ), kalcijevega karbonata (CaCO ₃ ) in cirkonijevega oksida. Ob mešanju z vodo kalcijevi silikati tvorijo lepljiv hidriran gel, ki se čez nekaj časa strdi in ustvari trdo strukturo.

Pozitivno vpliva na celice zobne pulpe in pospešuje nastajanje mostov v dentinu, kjer izstopajo trdnost njegovih vezi, njegova mikrotrdnost in odpornost na stiskanje.

Cev s kalcijevim silikatom za zdravljenje zob. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Vir: Wikimedia Commons.

Druge aplikacije

Kalcijevi silikati se uporabljajo tudi kot sredstva proti strjevanju in filtrirni pripomočki.

Kalcijev metasilikat CaSiO ₃ se uporablja v keramiki, v napravah, kjer je potrebno nekaj trenja, kot so zavore in sklopke v vozilih, in pri pridobivanju kovin.

Zaradi visokega sijaja in beline se CaSiO ₃ uporablja za polnjenje barv in plastike.

Reference

1. Ropp, RC (2013). Skupina 14 (C, Si, Ge, Sn in Pb) alkalne zemeljske spojine. Kalcijevi silikati. V Enciklopediji alkalnih zemeljskih spojin. Pridobljeno od sciencedirect.com.
2. FAO (2015). Kalcijev silikat. Tehnični pripravljene na 80 ^th JECFA (2015) in FAO JECFA monografijah, objavljenih v 17. rekuperiramo iz fao.org.
3. Harrisson, AM (2019). Ustava in specifikacija Portland cementa. Kalcijev silikatni hidrat. V Leajevi kemiji cementa in betona (peta izdaja). Pridobljeno od sciencedirect.com.
4. Gellert, R. (2010). Anorganski mineralni materiali za izolacijo v stavbah. Kalcijeva silikatna pena in mineralna pena. V materialih za energetsko učinkovitost in toplotno udobje v stavbah. Pridobljeno od sciencedirect.com.
5. Goudouri, OM. et al. (2016). Opredelitev lastnosti degradacije biokeramičnih odrov. Odri iz apatitov / vollastonita. Pri karakterizaciji in oblikovanju tkivnih odrov. Pridobljeno od sciencedirect.com.
6. Rani, P. et al. (2019). Nanokompoziti z zobno kašo. Biodentin. V aplikacijah nanokompozitnih materialov v zobozdravstvu. Pridobljeno od sciencedirect.com.
7. Ingham, JP (2013). Betonski izdelki. Enote kalcijevega silikata. V geomaterialih pod mikroskopom. Pridobljeno od sciencedirect.com.
8. Ojovan, MI in Lee, WE (2005). Imobilizacija radioaktivnih odpadkov v cementu. Hidravlični cementi. Uvod v imobilizacijo jedrskih odpadkov. Pridobljeno od sciencedirect.com.
9. Ramachandra Rao, S. (2006). Predelava virov in recikliranje iz metalurških odpadkov. Kalcijev silikat kot oborina za raztopljene kovine. V seriji ravnanja z odpadki. Pridobljeno od sciencedirect.com.
10. Prati, C. in Gandolfi, MG (2015). Bioaktivni cementi s kalcijevim silikatom: Biološka perspektiva in klinična uporaba. Dent Mater, 2015 april; 31 (4): 351–70. Pridobljeno iz ncbi.nlm.nih.gov.