КАЛЦИЈУМ СИЛИКАТ: СВОЈСТВА, СТРУКТУРА, ДОБИЈАЊЕ, УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2025

Калцијум силикат је име које се добио групу хемијских једињења формираних од калцијум оксида (ЦаО) и силике (СиО ₂ ). Општа формула ових једињења је кЦаО • иСиО ₂ • зХ ₂ О.

Они су бели или жућкасти бели чврсти остаци. Могу бити анхидрована, то јест, без воде (Х ₂ О) ин њихова структура, или могу да садрже. Они су део неколико врста минерала у природи.

Минерал калцијум силикат. Даве Диет хттп://ввв.схуттерстоне.цом хттп://ввв.диет.цом / Публиц домаин. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Калцијум силикати су нерастворљиви у води, али када се споје са њом, формирају хидриране гелове (материјале попут желатине) који су након навијања веома тврди, отпорни и скоро водоотпорни.

То је довело до њихове употребе у грађевинарству, јер се користе у цементу, цигли и изолационим плочама. Такође су део материјала за лечење перфорација у зубима и чак су проучавани за употребу у регенерацији костију, то јест као биоматеријала.

Предложено им је да смање загађење које стварају неке металуршке индустрије. Такође се користе као генератори трења у кочницама и спојницама возила.

Структура

Калцијум силикат може садржати варијабилну количину калцијум оксида (ЦаО) и силицијум-диоксиду (СиО ₂ ). Његова општа формула је:

кЦаО • Исио ₂ • зХ ₂ о

где су к, и и з бројеви који могу имати различите вредности.

Количина ЦаО мора да буде између 3% и 35% (у односу на суву основу) и СиО ₂ садржај мора да буде између 50-95% (у односу на суву основа). Могу бити безводни (без воде у својој структури, то јест з = 0 у формули) или могу бити хидрирани (вода је њена конформација).

Номенклатура

• Калцијум силикат
• Калцијумова со силицијумске киселине
• Калцијум оксид и силицијум

Својства

Физичко стање

Веома фина, бела или сиво чврста супстанца.

Молекуларна тежина

Калцијум мета- Силицате ЦаО • СиО ₂ или ЦАСИО ₃ = 116.16 г / мол

Тачка топљења

Калцијум метасиликат ЦаСиО ₃ = 1540 ° Ц

Густина

Калцијум Метасилицате ЦАСИО ₃ = 2.92 г / цц

Растворљивост

Нерастворљив у води и етанолу.

пХ

Блато припремљено са 5% калцијум силикатом може имати пХ од 8,4-12,5.

Остала својства

Калцијум силикат може хидрирани (водом у молекулу) или анхидрована (без воде у молекулу) са различитим пропорцијама калцијума у облику калцијум оксида ЦаО и силике у облику силика диоксида СиО ₂ .

Има висок капацитет апсорпције воде. Калцијев метасиликат (ЦаО • СиО ₂ или ЦаСиО ₃ ) истиче се својим сјајем и белином, ниском влагом, ниским садржајем хлапљивих састојака и добром апсорпцијом уља.

ЦаСиО ₃ калцијев метасиликат . Ондреј Мангл / Публиц домаин. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Међу хидратима калцијум-силиката разликују се они који настају додавањем воде у Ца ₂ СиО ₅ и Ца ₃ СиО ₅ . Производи хидрата ове две једињења су најзаступљенији у одређеним врстама цемента.

Прибављање

Калцијум силикат се прави на различите начине реакцијом силицијумових материјала (попут дијатомејске земље) и једињења калцијума (попут калцијумовог хидроксида (Ца (ОХ) ₂ ).

Калцијум силикат могу да се припреме на пример калцинација калцијум оксида (ЦаО) са силика гелу (СиО ₂ ) на повишеним температурама.

Када се реакција изведена на 1: 1 моларном односу (ово значи да постоје исти број ЦаО молекула као СиО ₂ ), калцијум метасиликат ЦАСИО ₃ или ЦаО • СиО _{2 ресултс} :

ЦаО + СиО ₂ + топлота → ЦаСиО ₃

Апликације

У добијању цигле

Израђују се јединице за калцијум силикат или цигле за градњу. Добијају се од ситног силицијумског материјала и вапна или хидратизованог креча. Инертни пигменти се могу додати да цигли дају другачију боју.

Јединице се обликују под притиском и очвршћују у аутоклаву (парној рерни) на 170 ° Ц током 4-6 сати. Током очвршћавања неки креч реагује са силицијумским материјалом, чиме се формира хидрат калцијум силиката, који држи циглу заједно.

Цигла од калцијум-силиката. Холгер.Еллгаард / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/3.0). Извор: Викимедиа Цоммонс.

Међутим, цигла од калцијум-силиката има тенденцију да се шири и скупља више од глинених опека, што понекад може изазвати пуцање зида.

Ово је привукло пажњу и они су сматрани потенцијално опасним.

У Портланд цементу

Калцијум силикати су део Портланд цемента, који је широко кориштен материјал у грађевинарству.

Портланд цемент је хидраулични цемент који се производи прскањем материјала формираног углавном од хидрираних калцијумових силиката и калцијум сулфата ЦаСО ₄ (гипс).

Подлога са цементом. Цемент садржи у свом саставу калцијум силикат. Аутор: Пекелс. Извор: Пикабаи.

Брзо се стврдњава због реакције хидратације која ствара хидрирани калцијум силикатни гел. То резултира снажним, густим и слабо пропусним материјалом (који не пропушта воду).

У силикати садржани су трикалцијум силиката Ца ₃ СиО ₅ ор 3ЦаО.СиО ₂ и дикалцијум силиката Ца ₂ СиО ₄ или 2ЦаО.СиО ₂ .

За имобилизацију радиоактивног смећа

Калцијум силикати у цементу могу да варирају у свом тежинском проценту. Састав Портланд цемента може се мењати у зависности од врсте грађевинске конструкције за коју је намењен.

Неке се врсте овог цемента користе за имобилизацију радиоактивног отпада тако да не наноси штету људима или животној средини.

Као изолатор за зграде

Калцијум силикат се користи за добијање минералних пјенастих плоча или изолационих минералних плоча.

Листови од калцијум силиката. Ацхим Херинг / ЦЦ БИ (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би/3.0). Извор: Викимедиа Цоммонс.

Служе за изолацију зидова од влаге. ЦаО и СиО ₂ се мешају са водом и 3-6% целулозе додаје, који побољшава флексибилност и стабилност ивица.

Резултирајући талог сипа се у калупе и затим загрева паром под високим притиском и температуром у посебној парној пећи која се назива аутоклав.

Резултат је крута, фино пјенаста пена која се сече у лимове или дасаке и обрађује посебним додацима како би могла да одбија воду.

Калцијум силикатна пена се користи у грађевинском сектору, посебно за изолацију зидова и побољшање заштите од влаге, што је посебно корисно за обнову старих зграда.

Да би се смањило загађење у металуршкој индустрији

Дикалцијум силикат Ца ₂ СиО ₄ ор 2ЦаО.СиО ₂ наћи у шљака или отпад из производње челика је коришћен да се таложи растворени метала у киселим ефлуентима из других металуршких процеса.

Таложење значи да растворени метал постаје део чврстог једињења које иде на дно посуде и може се сакупити.

Неки отпад из индустрије челика има калцијум силикате који су корисни за таложење метала из киселих раствора. Аутор: Скеезе. Извор: Пикабаи.

Тхе Ца ₂ СиО ₄ присутне у челику шљаке реагује са водом и производи Ца (ОХ) _{2, који} има способност да неутралише киселост киселих раствора метала из других процеса:

2 Ца ₂ СиО ₄ + 4 Х ₂ О → 3ЦаО. 2СиО ₂ .3Х ₂ О + Ца (ОХ) ₂

Поред неутрализације, једињење калцијум-силиката може да адсорбује неке од М2 ⁺ јона метала разменом са јонима калцијума Ца ²⁺ . Ево обриса:

ИСи-О-Ца + М ²⁺ → ≡Си-ОМ + Ца ²⁺

Чврсто једињење које садржи метал може се затим користити у другу сврху и не одбацује се. Ово је пример индустријске екологије.

У биоматеријалима

Керамика са калцијум-силикатом почела је да се тестира као биоматеријал од 1990. Проучавана су њихова потенцијална употреба у регенерацији коштаног ткива јер поседују супериорну биоактивност у односу на друге материјале.

То се приписује чињеници да имају силицијум (Си), који игра суштинску улогу у механизмима који доводе до стварања нове кости.

Цементи на бази калцијумовог силиката имају способност да индукују стварање превлаке калцијум-фосфата / апатита када су уроњени у биолошке течности и подстичу регенерацију ткива.

Калцијум силикати могу деловати као база за биоматеријал који омогућава поправљање костију. хттпс://ввв.сциентифицаиматионс.цом/ / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/4.0). Извор: Викимедиа Цоммонс.

Из тих разлога се сматра погодним материјалом за поправљање костију.

У биодентину

Калцијум силикат је део биодентина. Ово је материјал који се користи за поправљање перфорација зуба, ресорпције кости и као испуну за крај коријена зуба.

Биодентин је биоактивни цемент мале порозности који има већу механичку чврстоћу или тврдоћу од осталих материјала и сличан је дентину.

Калцијум силикати су део материјала који се користи за покривање перфорација зуба. Јак / Публиц домаин. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Састоји се трикалцијум силиката (Ца ₃ СиО ₅ ), дикалцијум силиката (Ца ₂ СиО ₅ ), калцијум карбонат (Цаце ₃ ) и цирконијум оксида. Кад се помешају са водом, калцијум силикати формирају лепљив хидратизован гел који се очврсне након неког времена стварајући чврсту структуру.

Позитивно делује на ћелије зубне пулпе и убрзава стварање мостова у дентину, где се издвајају чврстоћа његових веза, његова микротврдоћа и отпорност на компресију.

Цев са калцијум силикатом за лечење зуба. Схаимаа Абделлатиф / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/4.0). Извор: Викимедиа Цоммонс.

Друге апликације

Калцијум силикати се такође користе као средства против лечења и помоћна средства за филтрирање.

ЦАСИО ₃ калцијум метасилицате се користи у керамици, у уређајима где се захтева нека трења, попут кочења и квачила возила, и у добијању метале.

Због високог сјаја и белине, ЦаСиО ₃ се користи за пуњење боја и пластике.

Референце

1. Ропп, РЦ (2013). Група 14 (Ц, Си, Ге, Сн и Пб) алкална једињења Земље. Калцијум силикати. У Енциклопедији алкалних једињења Земље. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
2. ФАО (2015). Калцијум силикат. Спецификације припремљене на 80 ^тх ЈЕЦФА (2015) и ФАО ЈЕЦФА монографија објављена у 17. опоравио од фао.орг.
3. Харриссон, АМ (2019). Устав и спецификација Портланд цемента. Калцијум-силикатни хидрат. У Леаовој хемији цемента и бетона (пето издање). Опоравак од сциенцедирецт.цом.
4. Геллерт, Р. (2010). Неоргански минерални материјали за изолацију у зградама. Калцијум силикатна пена и минерална пена. У материјалима за енергетску ефикасност и топлотну удобност у зградама. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
5. Гоудоури, ОМ. ет ал. (2016). Кгарактеризира понашање деградације биокерамичких скела. Апетитне / вуластонитне скеле. У карактеризацији и дизајну скела од ткива. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
6. Рани, П. и др. (2019). Нанокомпозити за зубну пулпу. Биодентин. У примјенама нанокомпозитних материјала у стоматологији. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
7. Ингхам, ЈП (2013). Бетонски производи. Јединице калцијум-силиката. У геоматеријалима под микроскопом. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
8. Ојован, МИ и Лее, ВЕ (2005). Имобилизација радиоактивног отпада у цементу. Хидраулични цементи. Увод у имобилизацију нуклеарног отпада. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
9. Рамацхандра Рао, С. (2006). Опоравак ресурса и рециклирање из металуршког отпада. Калцијум силикат као талог за растворене метале. У серији за управљање отпадом. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
10. Прати, Ц. и Гандолфи, МГ (2015). Биоактивни цементи калцијум-силикати: Биолошка перспектива и клиничка примјена. Дент Матер, 2015. април; 31 (4): 351-70. Опоравак од нцби.нлм.них.гов.