СИЛІКАТ КАЛЬЦІЮ: ВЛАСТИВОСТІ, СТРУКТУРА, ОДЕРЖАННЯ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Силікат кальцію цього ім'я , яке присвоюється до групи хімічних сполук , утвореним з оксиду кальцію (СаО) і діоксиду кремнію (SiO ₂ ). Загальна формула цих сполук - xCaO • ySiO ₂ • zH ₂ O.

Це білі або жовтуваті білі тверді речовини. Вони можуть бути безводними, тобто без води (H ₂ O) у своїй структурі, або можуть містити її. Вони входять до складу декількох видів мінералів у природі.

Кальцій силікатний мінерал. Дейв Діет http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Загальнодоступне надбання. Джерело: Wikimedia Commons.

Силікати кальцію нерозчинні у воді, але при з'єднанні з ними вони утворюють гідратні гелі (такі речовини, як желатин), які після згортання дуже тверді, стійкі та майже водонепроникні.

Це призвело до їх використання в будівельній галузі, оскільки їх використовують у цементі, цеглі та вологоізоляційних панелях. Вони також входять до складу матеріалів для лікування перфорації зубів і навіть були вивчені для використання в регенерації кісток, тобто як біоматеріалу.

Їм було запропоновано зменшити забруднення, що утворюються в деяких металургійних галузях. Вони також використовуються як генератори тертя в гальмах автомобілів і зчепленнях.

Будова

Силікат кальцію може містити змінну кількість оксиду кальцію (СаО) і кремнезему (SiO ₂ ). Загальна його формула:

xCaO • Ysio ₂ • zH ₂ O

де x, y і z - числа, які можуть мати різні значення.

Кількість СаО повинна бути від 3% до 35% (по масі на суху основу), а вміст SiO ₂ повинен бути між 50-95% (вага на суху основу). Вони можуть бути безводними (без води за своєю структурою, тобто z = 0 у формулі) або можуть бути гідратними (з водою - це її конформація).

Номенклатура

• Силікат кальцію
• Кальцієва сіль кремнієвої кислоти
• Оксид кальцію та кремній

Властивості

Фізичний стан

Дуже тонка біла або майже біла тверда речовина.

Молекулярна маса

Кальцій метасилікат CaO • SiO ₂ або CaSiO ₃ = 116,16 г / моль

Точка плавлення

Метасилікат кальцію CaSiO ₃ = 1540 ° C

Щільність

Метасилікат кальцію CaSiO ₃ = 2,92 г / куб

Розчинність

Нерозчинний у воді та етанолі.

рН

Грязь, приготована з 5% силікату кальцію, може мати рН 8,4-12,5.

Інші властивості

Силікат кальцію може бути гідратним (з водою в молекулі) або безводним (без води в молекулі) з різними пропорціями кальцію у вигляді оксиду кальцію СаО і діоксиду кремнію у вигляді діоксиду кремнію SiO ₂ .

Він має високу здатність до поглинання води. Метасилікат кальцію (CaO • SiO ₂ або CaSiO ₃ ) виділяється своїм блиском і білизною, низькою вологістю, низьким вмістом летких речовин і хорошим поглинанням олії.

CaSiO ₃ метасилікат кальцію . Ondřej Mangl / Громадське надбання. Джерело: Wikimedia Commons.

Серед силікатів кальцію силікати виділяють ті, що утворюються при додаванні води до Са ₂ SiO ₅ та Са ₃ SiO ₅ . Продукти гідратації цих двох сполук найбільш поширені в певних видах цементу.

Отримання

Силікат кальцію виготовляють різними способами, реагуючи на кремнеземний матеріал (наприклад, діатомову землю) та сполуки кальцію (наприклад, гідроксид кальцію (Са (ОН) ₂ ).

Силікат кальцію можна отримати, наприклад, прожарюванням оксиду кальцію (СаО) кремнеземом (SiO ₂ ) при підвищеній температурі.

Коли реакцію проводять у мольному співвідношенні 1: 1 (це означає, що існує однакова кількість молекул CaO, як SiO ₂ ), метасилікат кальцію CaSiO ₃ або CaO • SiO _{2 дає результати} :

СаО + SiO ₂ + тепло → CaSiO ₃

Програми

В отриманні цегли

З силікатного силікату виготовляють одиниці або цеглу для будівництва. Їх отримують з тонкого кремнієвого матеріалу і негашеного вапна або з гідратованим вапном. Інертні пігменти можна додавати, щоб надати цеглі іншого кольору.

Агрегати формують під тиском і отверждают в автоклаві (паровій печі) при 170 ° С протягом 4-6 годин. Під час затвердіння частина вапна реагує з кремнієвим матеріалом, утворюючи гідрат силікату кальцію, який утримує цеглу разом.

Цегляні цегляні цегли. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Джерело: Wikimedia Commons.

Однак силікатна цегла кальцію, як правило, розширюється і скорочується більше, ніж глиняна цегла, що іноді може спричинити розтріскування кладки.

Це привернуло увагу, і вони були визнані потенційно небезпечними.

У портландцементі

Силікати кальцію входять до складу портландцементу, який є широко використовуваним матеріалом у будівельній галузі.

Портландцемент - це гідравлічний цемент, який отримують з порошкоподібних матеріалів, що утворюються переважно з гідратних силікатів кальцію та сульфату кальцію CaSO ₄ (гіпс).

Поверхня цементом. Цемент містить у своєму складі силікати кальцію. Автор: Pexels Джерело: Pixabay.

Він швидко твердне завдяки реакції гідратації, що створює гідратний силікатний гель кальцію. Це призводить до отримання міцного, щільного і погано проникного матеріалу (який не пропускає воду).

Силікати, які він містить, - силікат трикальцію Ca ₃ SiO ₅ або 3CaO.SiO ₂ і силікат дикальцію Ca ₂ SiO ₄ або 2CaO.SiO ₂ .

Для знешкодження радіоактивного сміття

Силікати кальцію в цементі можуть змінюватись у вагових відсотках. Склад портландцементу може змінюватися залежно від типу будівельної конструкції, для якої він призначений.

Деякі види цього цементу використовуються для знерухомлення радіоактивних відходів, щоб він не завдав шкоди людям чи навколишньому середовищу.

Як ізолятор для будівель

Силікат кальцію використовується для отримання плит з мінеральної піни або ізоляційних мінеральних плит.

Листи з силікату кальцію. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Джерело: Wikimedia Commons.

Вони служать для утеплення стін від вологи. СаО і SiO ₂ змішуються з водою і додається 3-6% целюлози, що покращує гнучкість і стійкість країв.

Отриманий шлам виливають у форми і потім нагрівають парою під високим тиском і температурою в спеціальній паровій печі, що називається автоклавом.

В результаті виходить тверда піна з дуже дрібною піною, яка ріжеться на листи або дошки і обробляється спеціальними добавками, щоб вона могла відштовхувати воду.

Кальцій силікатна піна використовується в будівельному секторі, особливо для утеплення стін та поліпшення захисту від вологості, що є корисним особливо при реконструкції старих будівель.

Для зменшення забруднення в металургійній промисловості

Силікат дикальцію Ca ₂ SiO ₄ або 2CaO.SiO _2, виявлений у шлаку або відходах від виробництва сталі, використовувався для осадження розчинених металів у кислих стоках від інших металургійних процесів.

Осадження означає, що розчинений метал стає частиною твердої сполуки, яка йде на дно контейнера і може збиратися.

Деякі відходи металургійної промисловості мають силікати кальцію, корисні для осадження металів з кислих розчинів. Автор: Skeeze. Джерело: Pixabay.

Са ₂ SiO ₄ присутня в сталевий шлак вступає в реакцію з водою і виробляє Ca (OH) _2, який має здатність нейтралізувати кислотність кислотних розчинів металів з інших процесів:

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

Крім нейтралізації, силікатна сполука кальцію може адсорбувати деякі іони металів M ²⁺ шляхом обміну з іоном кальцію Са ²⁺ . Ось контур:

≡Si-O-Ca + M ²⁺ → ≡Si-OM + Ca ²⁺

Тверда сполука, що містить метал, може бути використана з іншою метою і не викидається. Це приклад промислової екології.

У біоматеріалах

Керамічну силікатну кераміку почали випробовувати як біоматеріали з 1990 року. Їх вивчали на предмет потенційного використання в регенерації кісткової тканини, оскільки вони володіють чудовою біоактивністю, ніж інші матеріали.

Це пояснюється тим, що в них є кремній (Si), який відіграє істотну роль у механізмах, що призводять до утворення нової кістки.

Цементи на основі силікату кальцію мають здатність індукувати утворення покриття фосфат / апатит кальцію при зануренні в біологічні рідини та сприяти регенерації тканин.

Силікати кальцію можуть служити основою для біоматеріалів, що дозволяють відновити кістки. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Джерело: Wikimedia Commons.

З цих причин він розглядається як підходящий матеріал для відновлення кісток.

У біодентині

Силікат кальцію входить до складу біодентину. Це матеріал, який використовується для відновлення перфорації зубів, розсмоктування кісток і як заповнення кінця коріння зубів.

Біодентин - це біоактивний цемент з низькою пористістю, який має більшу механічну міцність або твердість, ніж інші матеріали, і схожий на дентин.

Силікати кальцію - частина матеріалів, що використовуються для покриття перфорації зубів. Jak / Загальнодоступне надбання. Джерело: Wikimedia Commons.

Він складається з силікату трикальцію (Са ₃ SiO ₅ ), силікату дикальцію (Са ₂ SiO ₅ ), карбонату кальцію (СаСО ₃ ) та оксиду цирконію. Змішуючись з водою, силікати кальцію утворюють липкий гідратний гель, який твердне через деякий час, створюючи тверду структуру.

Він чинить позитивний вплив на клітини зубної пульпи та прискорює утворення мостів у дентині, де виділяються міцність її зв’язків, її мікротвердість та стійкість до стиснення.

Трубка з силікатом кальцію для лікування зубів. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Джерело: Wikimedia Commons.

Інші програми

Силікати кальцію також використовуються як засоби проти злипання та фільтруючі засоби.

Метасилікат кальцію CaSiO ₃ застосовується в кераміці, в пристроях, де потрібне деяке тертя, таких як гальма автомобілів і зчеплення, а також в отриманні металів.

Завдяки високому блиску та білизни, CaSiO ₃ використовується для заповнення фарб та пластмас.

Список літератури

1. Ropp, RC (2013). Група 14 (C, Si, Ge, Sn і Pb) лужноземельних сполук. Силікати кальцію. В Енциклопедії лужноземельних сполук. Відновлено з sciencedirect.com.
2. ФАО (2015). Силікат кальцію. Технічні характеристики, підготовлені в рамках 80- ^х монографій JECFA (2015) та ФАО JECFA, опублікованих у 17. Відновлено від fao.org.
3. Харрісон, AM (2019). Конституція та специфікація портландцементу. Кальцій силікат гідрат. В "Хімія цементу і бетону" Леа (П'яте видання). Відновлено з sciencedirect.com.
4. Геллерт, Р. (2010). Неорганічні мінеральні матеріали для утеплення будівель. Кальцій силікатна піна і мінеральна піна. Матеріали для енергоефективності та теплового комфорту в будинках. Відновлено з sciencedirect.com.
5. Goudouri, OM. та ін. (2016). Характеризує деградаційну поведінку біокерамічних лісів. Ліси апатитові / волластонітові. У характеристиці та дизайні тканинних лісів. Відновлено з sciencedirect.com.
6. Рані, П. та ін. (2019). Нанокомпозити зубної пульпи. Біодентин. У застосуваннях нанокомпозитних матеріалів у стоматології. Відновлено з sciencedirect.com.
7. Інгем, JP (2013). Бетонні вироби. Одиниці силікату кальцію. У геоматеріалах під мікроскопом. Відновлено з sciencedirect.com.
8. Ojovan, MI та Lee, WE (2005). Іммобілізація радіоактивних відходів у цементі. Гідравлічні цементи. Вступ до іммобілізації ядерних відходів. Відновлено з sciencedirect.com.
9. Рамачандра Рао, С. (2006). Відновлення та переробка ресурсів з металургійних відходів. Силікат кальцію як осад для розчинених металів. У серії поводження з відходами. Відновлено з sciencedirect.com.
10. Праті, К. і Гандольфі, MG (2015). Біоактивні цементи силікату кальцію: Біологічні перспективи та клінічне застосування. Дент Матер, 2015 квіт.; 31 (4): 351-70. Відновлено з ncbi.nlm.nih.gov.