KALCIJA SILIKĀTS: ĪPAŠĪBAS, STRUKTŪRA, IEGŪŠANA, PIELIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Kalcija silikāts ir nosaukums, kas tiek piešķirta grupai ķīmisko savienojumu grupas, kas veidojas no kalcija oksīda (CaO) un silīcija dioksīda (SiO ₂ ). Šo savienojumu vispārējā formula ir xCaO • ySiO ₂ • zH ₂ O.

Tās ir baltas vai dzeltenīgi baltas cietas vielas. Tie var būt bezūdens, ti, to struktūrā nav ūdens (H ₂ O) vai tie var saturēt. Tie ir daļa no vairāku veidu minerāliem dabā.

Kalcija silikāta minerāls. Deivs Djūts http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Publiskais domēns. Avots: Wikimedia Commons.

Kalcija silikāti nešķīst ūdenī, bet, pievienojoties tam, tie veido hidratētus želejas (tādus materiālus kā želatīns), kas pēc sarecināšanas ir ļoti grūti, izturīgi un gandrīz ūdensizturīgi.

Tas ir novedis pie to izmantošanas būvniecībā, jo tos izmanto cementa, ķieģeļu un mitrumu izolējošu paneļu ražošanā. Tie ir arī daļa no materiāliem, kas dziedē perforācijas zobos, un ir pat pētīti izmantošanai kaulu reģenerācijā, tas ir, kā biomateriāls.

Tie ir ierosināti, lai samazinātu dažu metalurģijas nozaru radīto piesārņojumu. Tos izmanto arī kā berzes ģeneratorus transportlīdzekļu bremzēs un sajūgos.

Uzbūve

Kalcija silikāts var saturēt mainīgu daudzumu kalcija oksīda (CaO) un silīcija dioksīda (SiO ₂ ). Tā vispārējā formula ir:

xCaO • Ysio ₂ • zH ₂ O

kur x, y un z ir skaitļi, kuriem var būt dažādas vērtības.

CaO saturam jābūt no 3% līdz 35% (pēc svara sausnā), un SiO ₂ saturam jābūt no 50 līdz 95% (pēc svara sausnā). Tās var būt bezūdens (bez ūdens tās struktūrā, tas ir, z = 0 formulā) vai arī tās var hidratēt (ar ūdeni ir tās uzbūve).

Nomenklatūra

• Kalcija silikāts
• Silīcijskābes kalcija sāls
• Kalcija oksīds un silīcijs

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Ļoti smalka balta vai gandrīz balta cieta viela.

Molekulārais svars

Kalcija meta- silikāts CaO • SiO ₂ vai CaSiO ₃ = 116,16 g / mol

Kušanas punkts

Kalcija metasilikāts CaSiO ₃ = 1540 ° C

Blīvums

Kalcija metasilikāts CaSiO ₃ = 2,92 g / cm3

Šķīdība

Nešķīst ūdenī un etanolā.

pH

Dubļu, kas sagatavoti ar 5% kalcija silikātu, pH var būt 8,4–12,5.

Citas īpašības

Kalcija silikātu var hidratēt (ar molekulu saturošu ūdeni) vai bezūdens (molekulā bez ūdens) ar dažādām proporcijām kalciju kalcija oksīda CaO formā un silīcija dioksīda dioksīda SiO _{2 formā} .

Tam ir augsta ūdens absorbcijas spēja. Kalcija metasilikāts (CaO • SiO ₂ vai CaSiO ₃ ) izceļas ar savu mirdzumu un baltumu, zemu mitrumu, zemu gaistošo saturu un labu eļļas absorbciju.

CaSiO ₃ kalcija metasilikāts . Ondřej Mangl / Publiskais īpašums. Avots: Wikimedia Commons.

Starp kalcija silikāta hidrātiem izšķir tos, kas veidojas, pievienojot ūdeni Ca ₂ SiO ₅ un Ca ₃ SiO ₅ . Šo divu savienojumu hidratācijas produkti ir visizplatītākie dažos cementa veidos.

Iegūšana

Kalcija silikātu ražo dažādos veidos, reaģējot ar silīcija materiālu (piemēram, diatomītu) un kalcija savienojumiem (piemēram, kalcija hidroksīdu (Ca (OH) ₂ ).

Kalcija silikātu var pagatavot, piemēram, kalcinējot kalcija oksīdu (CaO) ar silīcija dioksīdu (SiO ₂ ) paaugstinātā temperatūrā.

Kad reakcija tiek veikta ar molāro attiecību 1: 1 (tas nozīmē, ka ir tikpat daudz CaO molekulu kā SiO ₂ ), iegūst kalcija metasilikātu CaSiO ₃ vai CaO • SiO ₂ :

CaO + SiO ₂ + siltums → CaSiO ₃

Lietojumprogrammas

Ķieģeļu iegūšanā

Ar kalcija silikātu tiek izgatavotas vienības vai ķieģeļi celtniecībai. Tos iegūst ar smalku silīcija materiālu un nedzīstošu vai hidratētu kaļķi. Lai ķieģeļiem piešķirtu atšķirīgu krāsu, var pievienot inertus pigmentus.

Vienības tiek veidotas zem spiediena un sacietētas autoklāvā (tvaika krāsnī) 170 ° C temperatūrā 4-6 stundas. Sacietēšanas laikā daļa kaļķu reaģē ar silīcija materiālu, veidojot kalcija silikāta hidrātu, kas kopā satur ķieģeļus.

Kalcija silikāta ķieģeļi. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Avots: Wikimedia Commons.

Tomēr kalcija silikāta ķieģeļiem ir tendence izplesties un sarukt vairāk nekā māla ķieģeļiem, kas dažkārt var izraisīt mūra plaisāšanu.

Tas ir piesaistījis uzmanību, un tie tika uzskatīti par potenciāli bīstamiem.

Portlandcementā

Kalcija silikāti ir daļa no portlandcementa, kas ir plaši izmantots materiāls būvniecības nozarē.

Portlandcements ir hidraulisks cements, ko iegūst, pulverizējot materiālus, kas galvenokārt sastāv no hidratētiem kalcija silikātiem un kalcija sulfāta CaSO ₄ (ģipsis).

Virsma ar cementu. Cements savā sastāvā satur kalcija silikāti. Autors: Pexels. Avots: Pixabay.

Tas ātri sacietē hidratācijas reakcijas dēļ, kas rada hidratētu kalcija silikāta gēlu. Tā rezultātā tiek iegūts spēcīgs, blīvs un slikti caurlaidīgs materiāls (kas neizlaiž ūdeni).

Silikāti, kas tajā atrodas, ir trikalcija silikāts Ca ₃ SiO ₅ vai 3CaO.SiO ₂ un dikalcija silikāts Ca ₂ SiO ₄ vai 2CaO.SiO ₂ .

Imobilizēt radioaktīvos atkritumus

Cementa kalcija silikātu masas procenti var atšķirties. Portlandcementa sastāvs var mainīties atkarībā no konstrukcijas veida, kurai tas paredzēts.

Daži šī cementa veidi tiek izmantoti radioaktīvo atkritumu imobilizēšanai, lai tie neradītu kaitējumu cilvēkiem vai videi.

Kā ēku izolators

Kalcija silikātu izmanto minerālu putu plākšņu vai izolējošu minerālu plātņu iegūšanai.

Kalcija silikāta loksnes. Ahims Herings / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Avots: Wikimedia Commons.

Tie kalpo, lai sienas izolētu no mitruma. CaO un SiO ₂ sajauc ar ūdeni un pievieno 3-6% celulozes, kas uzlabo malu elastību un stabilitāti.

Iegūtās dūņas ielej veidnēs un pēc tam karsē ar tvaiku augstā spiedienā un temperatūrā īpašā tvaika krāsnī, ko sauc par autoklāvu.

Rezultāts ir stingras, ļoti smalkas poru putas, kuras sagriež loksnēs vai dēļos un apstrādā ar īpašām piedevām, lai tās varētu atgrūst ūdeni.

Kalcija silikāta putas tiek izmantotas būvniecības nozarē, īpaši, lai siltinātu sienas un uzlabotu aizsardzību pret mitrumu, kas ir īpaši noderīgas veco ēku atjaunošanā.

Lai samazinātu piesārņojumu metalurģijas nozarē

Dikalcija silikāts Ca ₂ SiO ₄ vai 2CaO.SiO _{2, kas} atrodams sārņos vai tērauda ražošanas atkritumos, ir izmantots, lai nogulsnētu izšķīdušus metālus skābās notekūdeņos no citiem metalurģiskiem procesiem.

Nokrišņi nozīmē, ka izšķīdušais metāls kļūst par cietā savienojuma daļu, kas nonāk tvertnes apakšā un ko var savākt.

Dažos tērauda rūpniecības atkritumos ir kalcija silikāti, kas noder metālu nogulsnēšanai no skābiem šķīdumiem. Autors: Skeeze. Avots: Pixabay.

Tērauda izdedžos esošais Ca ₂ SiO ₄ reaģē ar ūdeni un rada Ca (OH) _2, kas spēj neitralizēt metālu skābju šķīdumu skābumu no citiem procesiem:

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

Papildus neitralizēšanai kalcija silikāta savienojums var adsorbēt dažus M ²⁺ metāla jonus , apmainoties ar kalcija jonu Ca ²⁺ . Šeit ir izklāsts:

≡Si-O-Ca + M ²⁺ → ≡Si-OM + Ca ²⁺

Cietais savienojums, kas satur metālu, pēc tam var tikt izmantots citam mērķim, un to neizmet. Šis ir rūpnieciskās ekoloģijas piemērs.

Biomateriālos

Kalcija silikāta keramiku sāka testēt kā biomateriālu kopš 1990. gada. Tika pētīts to potenciālais pielietojums kaulu audu reģenerācijā, jo tiem ir augstāka bioaktivitāte nekā citiem materiāliem.

Tas tiek attiecināts uz faktu, ka viņiem ir silīcijs (Si), kam ir būtiska loma mehānismos, kas noved pie jauna kaula veidošanās.

Cementiem, kuru pamatā ir kalcija silikāts, ir spēja izraisīt kalcija fosfāta / apatīta pārklājuma veidošanos, kad tie ir iegremdēti bioloģiskos šķidrumos, un veicina audu reģenerāciju.

Kalcija silikāti var darboties kā pamats biomateriāliem, kas ļauj labot kaulus. https://www.sc Scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Avots: Wikimedia Commons.

Šo iemeslu dēļ to uzskata par piemērotu materiālu kaulu atjaunošanai.

Biodentīnā

Kalcija silikāts ir daļa no biodentīna. Tas ir materiāls, ko izmanto zobu perforācijas, kaulu resorbcijas labošanai un kā pildījumu zobu sakņu galam.

Biodentīns ir zemas porainības bioaktīvs cements, kam ir lielāka mehāniskā izturība vai cietība nekā citiem materiāliem un tas ir līdzīgs dentīnam.

Kalcija silikāti ir daļa no materiāliem, ko izmanto zobu perforācijas segšanai. Jak / Publiskais īpašums. Avots: Wikimedia Commons.

To veido trikalcija silikāts (Ca ₃ SiO ₅ ), dikalcija silikāts (Ca ₂ SiO ₅ ), kalcija karbonāts (CaCO ₃ ) un cirkonija oksīds. Sajaucot ar ūdeni, kalcija silikāti veido lipīgu hidratētu želeju, kas pēc brīža sacietē, izveidojot cietu struktūru.

Tas pozitīvi ietekmē zobu pulpas šūnas un paātrina tiltu veidošanos dentīnā, kur izceļas tā saišu izturība, mikrocietība un izturība pret saspiešanu.

Caurule ar kalcija silikātu, lai izārstētu zobus. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Avots: Wikimedia Commons.

Citas lietotnes

Kalcija silikāti tiek izmantoti arī kā pretsalipes līdzekļi un filtrēšanas palīglīdzekļi.

Kalcija metasilikāts CaSiO ₃ tiek izmantots keramikā, ierīcēs, kur nepieciešama zināma berze, piemēram, transportlīdzekļu bremzēs un sajūgos, un metālu iegūšanai.

CaSiO ₃ , pateicoties augstajam mirdzumam un baltumam, tiek izmantots krāsu un plastmasu piepildīšanai.

Atsauces

1. Ropps, RC (2013). 14. grupa (C, Si, Ge, Sn un Pb) sārmzemju savienojumi. Kalcija silikāti. Sārmainās zemes savienojumu enciklopēdijā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
2. FAO (2015). Kalcija silikāts. Specifikācijas pagatavotās 80 ^th JECFA (2015) un FAO APPEK Monogrāfijās publicēts 17. Atkoptais no fao.org.
3. Harisons, AM (2019). Portlendas cementa uzbūve un specifikācija. Kalcija silikāta hidrāts. Lī Cementa un betona ķīmijā (piektais izdevums). Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
4. Gellerts, R. (2010). Neorganiski minerālie materiāli ēku siltināšanai. Kalcija silikāta putas un minerālu putas. Ēku energoefektivitātes un siltuma komforta materiālos. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
5. Goudouri, OM. un citi. (2016). Biokeramikas sastatņu noārdīšanās izturības raksturojums. Apatite / wollastonite sastatnes. Audu sastatņu raksturojumā un noformējumā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
6. Rani, P. et al. (2019. gads). Zobu mīkstums, pārklājot nanokompozītus. Biodentīns. Nanokompozītu materiālu pielietojumos zobārstniecībā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
7. Ingham, JP (2013). Betona izstrādājumi. Kalcija silikāta vienības. Ģeomateriālos zem mikroskopa. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
8. Ojovan, MI un Lee, WE (2005). Radioaktīvo atkritumu imobilizācija cementā. Hidrauliskie cementi. Ievadā par kodolatkritumu imobilizāciju. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
9. Ramachandra Rao, S. (2006). Resursu atgūšana un pārstrāde no metalurģijas atkritumiem. Kalcija silikāts kā izšķīdušo metālu nogulsnes. Atkritumu apsaimniekošanas sērijā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
10. Prati, C. un Gandolfi, MG (2015). Bioaktīvie kalcija silikāta cementi: bioloģiskās perspektīvas un klīniskā pielietošana. Dent Mater, 2015. gada aprīlis; 31 (4): 351–70. Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.