- Struktur
- nomenklatur
- Egenskaper
- Fysisk tilstand
- Molekylær vekt
- Smeltepunkt
- tetthet
- løselighet
- pH-
- Andre egenskaper
- Å skaffe
- applikasjoner
- I å skaffe murstein
- I Portland sement
- For å immobilisere radioaktivt søppel
- Som isolator for bygninger
- For å redusere forurensning i metallurgisk industri
- I biomaterialer
- I biodentinen
- Andre apper
- referanser
Den kalsiumsilikat er navnet som er tilordnet en gruppe av kjemiske forbindelser som er dannet av kalsiumoksyd (CaO) og silisiumdioksyd (SiO 2 ). Den generelle formel for disse forbindelser er xCaO • ySiO 2 • zH 2 O.
De er hvite eller gulaktige faste stoffer. De kan være vannfrie, det vil si uten vann (H 2 O) i sin struktur, eller de kan inneholde det. De er en del av flere typer mineraler i naturen.
Kalsiumsilikat mineral. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Public domain. Kilde: Wikimedia Commons.
Kalsiumsilikater er uoppløselige i vann, men når de går sammen med det, danner de hydratiserte geleer (materialer som gelatin) som etter kverning er veldig harde, motstandsdyktige og nesten vanntette.
Dette har ført til bruken av dem i byggebransjen, da de brukes i sement, murstein og fuktisolerende paneler. De er også en del av materialer for å helbrede perforeringer i tennene og har til og med blitt studert for bruk i regenerering av bein, det vil si som et biomateriale.
De har blitt foreslått å redusere forurensningen som genereres av noen metallurgiske næringer. De brukes også som friksjonsgeneratorer i kjøretøybremser og koblinger.
Struktur
Kalsiumsilikat kan inneholde en variabel mengde kalsiumoksyd (CaO) og silika (SiO 2 ). Den generelle formelen er:
xCaO • Ysio 2 • zH 2 O
der x, y og z er tall som kan ha forskjellige verdier.
Mengden av CaO må være mellom 3 og 35 vekt% (på tørr basis) og SiO 2- innholdet må være mellom 50-95 vekt% (på tørr basis). De kan være vannfrie (uten vann i strukturen, det vil si z = 0 i formelen), eller de kan hydratiseres (med vann er dens konformasjon).
nomenklatur
- Kalsiumsilikat
- Kiselsyre kalsiumsalt
- Kalsiumoksyd og silisium
Egenskaper
Fysisk tilstand
Veldig fin hvit eller off-white solid.
Molekylær vekt
Kalsiummetasilikat CaO • SiO 2 eller CaSiO 3 = 116,16 g / mol
Smeltepunkt
Kalsiummetasilikat CaSiO 3 = 1540 ° C
tetthet
Kalsiummetasilikat CaSiO 3 = 2,92 g / cm3
løselighet
Uoppløselig i vann og etanol.
pH-
En gjørme fremstilt med 5% kalsiumsilikat kan ha en pH på 8,4-12,5.
Andre egenskaper
Kalsiumsilikat kan hydratiseres (med vann i molekylet) eller vannfritt (uten vann i molekylet) med forskjellige proporsjoner kalsium i form av kalsiumoksyd CaO og silika i form av kiseldioksyd SiO 2 .
Den har en høy vannabsorpsjonskapasitet. Kalsiummetasilikat (CaO • SiO 2 eller CaSiO 3 ) skiller seg ut for sin glans og hvithet, lave luftfuktighet, lave flyktige innhold og gode oljeopptak.
CaSiO 3 kalsiummetasilikat . Ondřej Mangl / Public domain. Kilde: Wikimedia Commons.
Blant de kalsiumsilikat hydratene, de som er dannet ved tilsetning av vann til Ca 2 SiO 5 og Ca 3 SiO 5 utmerker seg . Hydratiseringsproduktene til disse to forbindelsene er de mest tallrike i visse sementtyper.
Å skaffe
Kalsiumsilikat lages på forskjellige måter ved å reagere kiselholdig materiale (som kiselgur) og kalsiumforbindelser (for eksempel kalsiumhydroksyd (Ca (OH) 2 )).
Kalsiumsilikat kan for eksempel fremstilles ved kalsinering av kalsiumoksyd (CaO) med silika (SiO 2 ) ved forhøyede temperaturer.
Når reaksjonen utføres ved et 1: 1 molforhold (Dette betyr at det er det samme antall molekyler CaO som det er SiO 2 molekyler ), idet kalsium-metasilikat Casio 3 eller CaO • SiO 2 resultater :
CaO + SiO 2 + varme → CaSiO 3
applikasjoner
I å skaffe murstein
Med kalsiumsilikat blir det laget enheter eller murstein for konstruksjon. De oppnås med fint kiselholdig materiale og hurtigkalk eller hydrert kalk. Inerte pigmenter kan tilsettes for å gi teglsten en annen farge.
Enhetene støpes under trykk og herdes i en autoklav (dampovn) ved 170 ° C i 4-6 timer. Under herding reagerer noe av kalket med det kiselholdige materialet for å danne et kalsiumsilikathydrat, som holder mursten sammen.
Kalsiumsilikat murstein. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Kilde: Wikimedia Commons.
Imidlertid har kalsiumsilikatmurstein en tendens til å utvide og krympe mer enn leirstein, noe som noen ganger kan føre til sprekker i murverket.
Dette har vakt oppmerksomhet, og de har blitt ansett som potensielt farlige.
I Portland sement
Kalsiumsilikater er en del av Portland sement, som er et mye brukt materiale i byggebransjen.
Portland sement er en hydraulisk sement som produseres av pulveriserende materialer som hovedsakelig er dannet av hydratiserte kalsiumsilikater og kalsiumsulfat CaSO 4 (gips).
Overflate med sement. Sement inneholder kalsiumsilikater i sin sammensetning. Forfatter: Pexels. Kilde: Pixabay.
Det herder raskt på grunn av hydreringsreaksjonen som genererer en hydrert kalsiumsilikatgel. Dette resulterer i et sterkt, tett og dårlig gjennomtrengelig materiale (som ikke slipper vann gjennom).
De silikater det inneholder er trikalsiumsilikat Ca 3 SiO 5 eller 3CaO.SiO 2 og dikalsiumsilikat Ca 2 SiO 4 eller 2CaO.SiO 2 .
For å immobilisere radioaktivt søppel
Kalsiumsilikatene i sement kan variere i vektprosent. Sammensetningen av Portland sement kan endre seg avhengig av hvilken type konstruksjonsstruktur den er beregnet for.
Noen typer sement brukes til å immobilisere radioaktivt avfall slik at det ikke skader mennesker eller miljøet.
Som isolator for bygninger
Kalsiumsilikat brukes til å skaffe mineralskumplater eller isolerende mineralplater.
Kalsiumsilikatark. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Kilde: Wikimedia Commons.
Disse tjener til å isolere veggene mot fuktighet. CaO og SiO 2 blandes med vann og 3-6% cellulose tilsettes, noe som forbedrer fleksibiliteten og stabiliteten av kantene.
Det resulterende slammet helles i støpeformer og varmes deretter opp med damp ved høyt trykk og temperatur i en spesiell dampovn som kalles en autoklav.
Resultatet er et stivt, veldig finporert skum som skjæres i ark eller brett og behandles med spesielle tilsetningsstoffer slik at det kan avvise vann.
Kalsiumsilikatskum brukes i byggesektoren, spesielt for å isolere vegger og forbedre beskyttelsen mot fuktighet, og er spesielt nyttig i renovering av gamle bygninger.
For å redusere forurensning i metallurgisk industri
Dikalsium- silikat Ca 2 SiO 4 eller 2CaO.SiO 2 finnes i slagg eller avfall fra stålproduksjonen har blitt brukt til å felle ut oppløste metaller i sure avløpsvann fra andre metallurgiske prosesser.
Utfelling betyr at det oppløste metallet blir en del av en fast forbindelse som går til bunnen av beholderen og kan samles.
Noe avfall fra stålindustrien har kalsiumsilikater som er nyttige for utfelling av metaller fra sure oppløsninger. Forfatter: Skeeze. Kilde: Pixabay.
Ca 2 SiO 4 som er tilstede i stålslagg reagerer med vann og frembringer Ca (OH) 2, som har evnen til å nøytralisere surheten av sure oppløsninger av metaller fra andre prosesser:
2 Ca 2 SiO 4 + 4 H 2 O → 3CaO. 2SiO 2 .3H 2 O + Ca (OH) 2
I tillegg til å nøytralisere, kan kalsiumsilikatforbindelsen adsorbere noen av M2 + metallionene ved utveksling med kalsiumion Ca 2+ . Her er en oversikt:
≡Si-O-Ca + M 2+ → ≡Si-OM + Ca 2+
Den faste forbindelsen som inneholder metallet, kan deretter brukes til et annet formål og ikke kastes. Dette er et eksempel på industriell økologi.
I biomaterialer
Kalsiumsilikatkeramikk begynte å bli testet som biomateriale siden 1990. De har blitt studert for deres potensielle bruk i regenerering av beinvev fordi de har overlegen bioaktivitet enn andre materialer.
Dette tilskrives det faktum at de har silisium (Si), som spiller en essensiell rolle i mekanismene som fører til dannelse av nytt bein.
Kalsiumsilikatbaserte sementer har evnen til å indusere dannelsen av et kalsiumfosfat / apatittbelegg når de er nedsenket i biologiske væsker og fremmer vevsregenerering.
Kalsiumsilikater kan fungere som en base for biomaterialer som gjør det mulig å reparere bein. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Kilde: Wikimedia Commons.
Av disse grunner blir det betraktet som et egnet materiale for beinreparasjon.
I biodentinen
Kalsiumsilikat er en del av biodentin. Dette er et materiale som brukes til å reparere tannperforeringer, benresorpsjoner og som en fylling for enden av tennens røtter.
Biodentin er en bioaktiv sement med lav porøsitet som har større mekanisk styrke eller hardhet enn andre materialer og ligner dentin.
Kalsiumsilikater er en del av materialer som brukes til å dekke perforeringer i tenner. Jak / Public domain. Kilde: Wikimedia Commons.
Det består av trikalsiumsilikat (Ca 3 SiO 5 ), dikalsiumsilikat (Ca 2 SiO 5 ), kalsiumkarbonat (CaCO 3 ) og zirkoniumoksyd. Når det blandes med vann, danner kalsiumsilikater en klebrig hydratisert gel som stivner etter en stund og skaper en hard struktur.
Det utøver en positiv effekt på cellene i tannmassen og akselererer dannelsen av broer i dentinet, der styrken i dens bindinger, dens mikrohardhet og motstand mot kompresjon skiller seg ut.
Rør med kalsiumsilikat for å kurere tenner. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Kilde: Wikimedia Commons.
Andre apper
Kalsiumsilikater brukes også som kakemiddel og filterhjelpemidler.
Kalsiummetasilikat CaSiO 3 brukes i keramikk, på apparater der det kreves noe friksjon, for eksempel kjøretøybremser og koblinger, og for å oppnå metaller.
På grunn av sin høye glans og hvithet, brukes CaSiO 3 til å fylle maling og plast.
referanser
- Ropp, RC (2013). Gruppe 14 (C, Si, Ge, Sn og Pb) alkaliske jordforbindelser. Kalsiumsilikater. I Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
- FAO (2015). Kalsiumsilikat. Spesifikasjoner fremstilt ved 80 th JECFA (2015) og FAO JECFA Monographs publisert i 17. Gjenvunnet fra fao.org.
- Harrisson, AM (2019). Konstitusjon og spesifikasjon av Portland Cement. Kalsiumsilikathydrat. I Lea's Chemistry of Cement and Concrete (Femte utgave). Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
- Gellert, R. (2010). Uorganiske mineralmaterialer for isolasjon i bygninger. Kalsiumsilikatskum og mineralskum. I materialer for energieffektivitet og termisk komfort i bygninger. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
- Goudouri, OM. et al. (2016). Å karakterisere nedbrytningsatferden til biokeramiske stillaser. Stillaser av apatitt / wollastonite. I karakterisering og design av vevstilladser. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
- Rani, P. et al. (2019). Nanokompositter til tannmasse. Biodentin. I applikasjoner av nanokomposittmaterialer i odontologi. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
- Ingham, JP (2013). Betongprodukter. Kalsiumsilikatenheter. I Geomaterials Under the Microscope. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
- Ojovan, MI og Lee, VI (2005). Immobilisering av radioaktive avfall i sement. Hydrauliske sement. I en introduksjon til immobilisering av kjerneavfall. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
- Ramachandra Rao, S. (2006). Ressursgjenvinning og resirkulering fra metallurgiske avfall. Kalsiumsilikat som presipitant for oppløste metaller. I avfallshåndteringsserien. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
- Prati, C. og Gandolfi, MG (2015). Kalsiumsilikat bioaktive sement: Biologiske perspektiver og kliniske anvendelser. Dent Mater, 2015 apr; 31 (4): 351-70. Gjenopprettet fra ncbi.nlm.nih.gov.