KALCIJEV SILIKAT: SVOJSTVA, STRUKTURA, DOBIVANJE, UPORABE - KEMIJA - 2025

Kalcij silikat je naziv dodijeljen skupini kemijskih spojeva koji nastaju iz kalcijevog oksida (CaO) i silicij (SiO ₂). Opća formula tih spojeva je xCaO • ySiO ₂ • zH ₂ O.

Oni su bijele ili žućkaste bijele čvrste tvari. Oni mogu biti bezvodna, odnosno bez vode (H ₂ O) u njihovu strukturu, ili oni mogu sadržavati. Oni su dio nekoliko vrsta minerala u prirodi.

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

Kalcijevi silikati su netopljivi u vodi, ali kada se spoje s njom, tvore hidratizirane gelove (materijale poput želatine) koji su nakon uvijanja vrlo čvrsti, otporni i gotovo vodootporni.

To je dovelo do njihove upotrebe u građevinskoj industriji, jer se koriste u cementu, cigli i izolacijskim pločama od vlage. Također su dio materijala za liječenje perforacija u zubima i čak su proučavani kako bi se primijenili u regeneraciji kostiju, to jest kao biomaterijal.

Predloženo im je smanjenje onečišćenja koja stvara neka metalurška industrija. Također se koriste kao generatori trenja u kočnicama i spojnicama vozila.

Struktura

Kalcijev silikat mogu sadržavati različite količine kalcij oksida (CaO) i silicij (SiO ₂). Njegova opća formula je:

• xCaO Ysio ₂ • zH ₂ O

gdje su x, y i z brojevi koji mogu imati različite vrijednosti.

Količina CaO mora biti između 3% i 35% (po težini na suhoj osnovi) te SiO ₂ sadržaja mora biti od 50-95% (po masi suhe tvari). Mogu biti bezvodni (bez vode u svojoj strukturi, to jest z = 0 u formuli) ili mogu biti hidrirani (s vodom je njena konformacija).

Nomenklatura

• Kalcijev silikat
• Kalcijeva sol silicijeve kiseline
• Kalcijev oksid i silicij

Svojstva

Psihičko stanje

Vrlo fina ili bijela kruta boja.

Molekularna težina

Kalcij meta- silikatne CaO • SiOz ₂ ili CASIO ₃ = 116,16 g / mol

Talište

Kalcij metasilikat Casio ₃ -1540 ° C

Gustoća

Kalcij metasilikat Casio ₃ = 2,92 g / cc

Topljivost

Netopljivo u vodi i etanolu.

pH

Blato pripremljeno s 5% kalcijevim silikatom može imati pH od 8,4-12,5.

Ostala svojstva

Kalcijev silikat se hidrirani (s vodom u molekuli) ili bezvodni (bez vode u molekuli) s različitim omjerima kalcija u obliku CaO i kalcij oksida silicijevog dioksida u obliku silika-dioksid SiO ₂.

Ima visoku sposobnost upijanja vode. Kalcijev metasilikat (CaO • SiO ₂ ili CaSiO ₃) ističe se svojim sjajem i bjelinom, niskom vlagom, niskim sadržajem hlapljivih tvari i dobrom apsorpcijom ulja.

CaSiO ₃ kalcijev metasilikat. Ondřej Mangl / Public domain. Izvor: Wikimedia Commons.

Među hidratima kalcijevog silikata razlikuju se oni koji nastaju dodavanjem vode u Ca ₂ SiO ₅ i Ca ₃ SiO ₅. Proizvodi hidratacije ova dva spoja najzastupljeniji su u određenim vrstama cementa.

dobivanje

Kalcijev silikat nastaje na različite načine reakcijom silicijevog materijala (poput dijatomejske zemlje) i kalcijevih spojeva (poput kalcijevog hidroksida (Ca (OH) ₂).

Kalcijev silikat se mogu pripraviti, na primjer, kalcijev oksid kalciniranja (CaO) sa silikagela (SiOz ₂) na povišenim temperaturama.

Kad se reakcija izvodi na 1: 1 molarnom omjeru (to znači da postoje isti broj CaO molekule kao SiO ₂), kalcijevog metasilikata CASIO ₃ ili CaO • SiO _{2 rezultati}:

CaO + SiO ₂ + toplina → CaSiO ₃

Prijave

U dobivanju cigle

S kalcijevim silikatima izrađuju se jedinice ili opeke za gradnju. Dobivaju se s finim silicijevim materijalom i vapnom ili hidratiziranim vapnom. Inertni pigmenti mogu se dodati da cigli daju drugačiju boju.

Jedinice se oblikuju pod pritiskom i stvrdnjavaju se u autoklavu (parnoj peći) na 170 ° C tokom 4-6 sati. Tijekom stvrdnjavanja vapno reagira sa silicijumskim materijalom, stvarajući kalcijev silikat hidrat, koji ciglu drži zajedno.

Cigla od kalcijevog silikata. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Izvor: Wikimedia Commons.

Međutim, opeke s kalcijevim silikatima imaju tendenciju da se šire i smanjuju više od glinenih opeka, što ponekad može uzrokovati pucanje zida.

To je privuklo pažnju i oni su smatrani potencijalno opasnim.

U Portland cementu

Kalcijevi silikati dio su Portland cementa, koji je široko korišten materijal u građevinarstvu.

Portland cement je hidraulični cement koji nastaje usitnjavanjem materijala koji se formiraju uglavnom od hidratiziranih kalcijevih silikata i kalcijevog sulfata CaSO ₄ (gips).

Podloga s cementom. Cement sadrži kalcijeve silikate u svom sastavu. Autor: Pexels. Izvor: Pixabay.

Otvrdne se brzo zbog reakcije hidratacije koja stvara hidrirani kalcijev silikatni gel. To rezultira snažnim, gustim i slabo propusnim materijalom (koji ne propušta vodu).

Silikati on sadrži silikat su trikalcijev Ca ₃ SiO ₅ ili 3CaO.SiO ₂ i dikalcijev silikat Ca ₂ SiO ₄ ili 2CaO.SiO ₂.

Za imobilizaciju radioaktivnog smeća

Kalcijevi silikati u cementu mogu se razlikovati u težinskom postotku. Sastav Portland cementa može se mijenjati ovisno o vrsti građevne konstrukcije za koju je namijenjen.

Neke se vrste ovog cementa koriste za imobiliziranje radioaktivnog otpada tako da ne nanosi štetu ljudima ili okolišu.

Kao izolator za zgrade

Kalcijev silikat koristi se za dobivanje mineralnih pjenastih ploča ili izolacijskih mineralnih ploča.

Listovi od kalcijevog silikata. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Izvor: Wikimedia Commons.

Služe za izoliranje zidova od vlage. CaO i SiO ₂ pomiješan s vodom i 3-6% celuloze doda se, što poboljšava fleksibilnost i stabilnost rubova.

Rezultirajući talog sipa se u kalupe, a zatim se zagrijava s parom pri visokom tlaku i temperaturi u posebnoj parnoj peći koja se naziva autoklav.

Rezultat je kruta vrlo pjenasta pjena koja se izrezuje na listove ili daske i obrađuje posebnim dodacima kako bi mogla odvratiti vodu.

Kalcijev silikatna pjena koristi se u građevinskom sektoru, posebno za izoliranje zidova i poboljšanje zaštite od vlage, što je korisno posebno za obnovu starih zgrada.

Da se smanji zagađenje u metalurškoj industriji

Dikalcijev silikat Ca ₂ SiO ₄ ili 2CaO.SiO ₂ nalazi se u troski ili otpada od proizvodnje čelika je korišten da se istaloži otopljenih metala u kiselim otpadnih voda iz drugih metalurškim procesima.

Taloženje znači da otopljeni metal postaje dio čvrstog spoja koji ide na dno spremnika i može se sakupljati.

Neki otpad iz industrije čelika sadrži kalcijeve silikate koji su korisni za taloženje metala iz kiselih otopina. Autor: Skeeze. Izvor: Pixabay.

Ca ₂ SiO ₄ prisutni u trosku reagira s vodom i proizvodi Ca (OH) _2, koji ima sposobnost da neutraliziraju kiselost kiseline otopina metala iz drugih procesa:

2 Ca ₂ SiO ₄ + 4 H ₂ O → 3CaO. 2SiO ₂.3H ₂ O + Ca (OH) ₂

Osim što neutralizira, kalcijev silikatni spoj može adsorbirati neke od iona M2 ⁺ metala razmjenom sa kalcijevim ionom Ca ²⁺. Evo obrisa:

≡Si-O-Ca + M ²⁺ → ≡Si-OM + Ca ²⁺

Čvrsti spoj koji sadrži metal može se zatim upotrijebiti u drugu svrhu i ne odbacivati. Ovo je primjer industrijske ekologije.

U biomaterijalima

Keramika s kalcijevim silikatom počela se testirati kao biomaterijali od 1990. Proučavana su njihova potencijalna primjena u regeneraciji koštanog tkiva jer posjeduju superiornu bioaktivnost od ostalih materijala.

To se pripisuje činjenici da imaju silicij (Si), koji igra ključnu ulogu u mehanizmima koji dovode do stvaranja nove kosti.

Cementi na bazi kalcijevog silikata imaju sposobnost induciranja stvaranja prevlake kalcijevog fosfata / apatita kad su uronjeni u biološke tekućine i pospješuju regeneraciju tkiva.

Kalcijevi silikati mogu funkcionirati kao baza za biomaterijal koji omogućuje popravak kostiju. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Izvor: Wikimedia Commons.

Iz tih razloga se smatra pogodnim materijalom za popravljanje kostiju.

U biodentinu

Kalcijev silikat dio je biodentina. Ovo je materijal koji se koristi za popravak perforacija zuba, resorpcije kostiju i kao ispuna za kraj korijena zuba.

Biodentin je bioaktivni cement male poroznosti koji ima veću mehaničku čvrstoću ili tvrdoću od ostalih materijala i sličan je dentinu.

Kalcijevi silikati dio su materijala koji se koristi za prekrivanje perforacija u zubima. Jak / Javna domena. Izvor: Wikimedia Commons.

Sastoji se od trikalcijevog silikata (Ca ₃ SiO ₅), dikalcijevog silikata (Ca ₂ SiO ₅), kalcijevog karbonata (CaCO ₃) i cirkonijevog oksida. Kad se pomiješaju s vodom, kalcijevi silikati tvore ljepljivi hidratizirani gel koji se nakon nekog vremena očvrsne stvarajući čvrstu strukturu.

Pozitivno djeluje na stanice zubne pulpe i ubrzava stvaranje mostova u dentinu, pri čemu se ističu čvrstoća njegovih veza, njegova mikrotvrdoća i otpornost na kompresiju.

Tuba s kalcijevim silikatom za liječenje zuba. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Izvor: Wikimedia Commons.

Ostale aplikacije

Kalcijevi silikati također se koriste kao sredstva protiv liječenja i pomoćna sredstva za filtriranje.

Casio ₃ kalcij metasilikat koristi u keramike, uređaja gdje je potrebno, kao što je trenje vozila kočnice i kvačila, kao i u dobivanju metala.

Zbog visokog sjaja i bjeline, CaSiO ₃ koristi se za punjenje boja i plastike.

Reference

1. Ropp, RC (2013). Skupina 14 (C, Si, Ge, Sn i Pb) alkalni spojevi Zemlje. Kalcijevi silikati. U Enciklopediji alkalnih spojeva Zemlje. Oporavljeno od sciencedirect.com.
2. FAO (2015). Kalcijev silikat. Specifikacije pripremljena na 80 ^th JECFA (2015.) i FAO JECFA Monographs objavljene u 17. izolirati iz fao.org.
3. Harrisson, AM (2019). Ustava i specifikacija Portland cementa. Kalcijev silikat hidrat. U Leaovoj kemiji cementa i betona (peto izdanje). Oporavljeno od sciencedirect.com.
4. Gellert, R. (2010). Neorganski mineralni materijali za izolaciju u zgradama. Kalcij silikatna pjena i mineralna pjena. U materijalima za energetsku učinkovitost i toplinsku udobnost u zgradama. Oporavljeno od sciencedirect.com.
5. Goudouri, OM. i sur. (2016). Utvrđivanje karakteristika degradacije biokeramičkih skela. Apatijske / vulastonitne skele. U karakterizaciji i oblikovanju skela od tkiva. Oporavljeno od sciencedirect.com.
6. Rani, P. i sur. (2019). Nanokompoziti za zubnu pulpu. Biodentin. U primjenama nanokompozitnih materijala u stomatologiji. Oporavljeno od sciencedirect.com.
7. Ingham, JP (2013). Betonski proizvodi. Jedinice kalcijevog silikata. U geomaterijalima pod mikroskopom. Oporavljeno od sciencedirect.com.
8. Ojovan, MI i Lee, WE (2005). Imobilizacija radioaktivnog otpada u cementu. Hidraulični cementi. Uvod u imobilizaciju nuklearnog otpada. Oporavljeno od sciencedirect.com.
9. Ramachandra Rao, S. (2006). Oporavak resursa i recikliranje iz metalurškog otpada. Kalcijev silikat kao talog za otopljene metale. U seriji upravljanja otpadom. Oporavljeno od sciencedirect.com.
10. Prati, C. i Gandolfi, MG (2015). Bioaktivni cementi kalcijevog silikata: Biološka perspektiva i klinička primjena. Dent Mater, 2015. travanj; 31 (4): 351-70. Oporavak od ncbi.nlm.nih.gov.