KALCIUMSILIKAT: EGENSKAPER, STRUKTUR, ERHÅLLANDE, ANVÄNDNING - KEMI - 2026

Den kalciumsilikat är det namn som tilldelas till en grupp av kemiska föreningar som bildas från kalciumoxid (CaO) och kiseldioxid (SiO ₂ ). Den allmänna formeln för dessa föreningar är xCaO • ySiO ₂ • zH ₂ O.

De är vita eller gulaktiga fasta ämnen. De kan vara vattenfritt, dvs utan vatten (H ₂ O) i sin struktur, eller de kan innehålla den. De är en del av flera typer av mineraler i naturen.

Kalciumsilikatmineral. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Public domain. Källa: Wikimedia Commons.

Kalciumsilikater är olösliga i vatten men när de sammanfogar med dem bildar de hydratiserade geler (material som gelatin) som, efter curdling, är mycket hårda, resistenta och nästan vattentäta.

Detta har lett till att de används i byggbranschen, eftersom de används i cement, tegelstenar och fuktisolerande paneler. De är också en del av material för att läka perforeringar i tänderna och har till och med studerats för användning i regenerering av ben, det vill säga som ett biomaterial.

De har föreslagits att minska föroreningen som genereras av vissa metallurgiska industrier. De används också som friktionsgeneratorer i fordonsbromsar och kopplingar.

Strukturera

Kalciumsilikat kan innehålla en variabel mängd kalciumoxid (CaO) och kiseldioxid (SiO ₂ ). Dess allmänna formel är:

xCaO • Ysio ₂ • zH ₂ O

där x, y och z är siffror som kan ha olika värden.

Mängden CaO måste vara mellan 3% och 35% (i vikt på torr basis) och SiO ₂ innehåll måste vara mellan 50-95% (i vikt på torr basis). De kan vara vattenfria (utan vatten i dess struktur, det vill säga z = 0 i formeln) eller de kan hydratiseras (med vatten är dess konformation).

Nomenklatur

• Kalciumsilikat
• Kiselsyra-kalciumsalt
• Kalciumoxid och kisel

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

Mycket fin vit eller benvit fast.

Molekylvikt

Kalciummetasilikat CaO • SiO ₂ eller CaSiO ₃ = 116,16 g / mol

Smältpunkt

Kalciummetasilikat CaSiO ₃ = 1540 ° C

Densitet

Kalciummetasilikat CaSiO ₃ = 2,92 g / cc

löslighet

Olöslig i vatten och etanol.

pH

En lera framställd med 5% kalciumsilikat kan ha ett pH av 8,4-12,5.

Andra egenskaper

Kalciumsilikat kan hydratiseras (med vatten i molekylen) eller vattenfritt (utan vatten i molekylen) med olika proportioner av kalcium i form av kalciumoxid CaO och kiseldioxid i form av kiseldioxid SiO ₂ .

Den har en hög vattenabsorptionskapacitet. Kalciummetasilikat (CaO • SiO ₂ eller CaSiO ₃ ) sticker ut för sin glans och vithet, låg fuktighet, låga flyktiga halter och god oljeupptag.

CaSiO ₃ kalciummetasilikat . Ondřej Mangl / Public domain. Källa: Wikimedia Commons.

Bland kalciumsilikathydrater, de som bildas genom tillsats av vatten till Ca ₂ SiO ₅ och Ca ₃ SiO ₅ särskiljs . Hydratiseringsprodukterna för dessa två föreningar är de vanligaste i vissa typer av cement.

Erhållande

Kalciumsilikat tillverkas på olika sätt genom att reagera kiselhaltigt material (såsom kiselgur) och kalciumföreningar (såsom kalciumhydroxid (Ca (OH) ₂ )).

Kalciumsilikat kan framställas exempelvis genom kalcinering av kalciumoxid (CaO) med kiseldioxid (SiO ₂ ) vid förhöjda temperaturer.

När reaktionen utförs vid en 1: 1 molärt förhållande (Detta betyder att det är samma antal CaO molekyler som SiO ₂ ), kalciummetasilikatet CaSiOs ₃ eller CaO • SiO _{2 resultaten} :

CaO + SiO ₂ + värme → CaSiO ₃

tillämpningar

Att få tegelstenar

Med kalciumsilikat tillverkas enheter eller tegelstenar för konstruktion. De erhålls med fint kiselhaltigt material och snabbkalk eller hydratiserad kalk. Inerta pigment kan tillsättas för att ge tegelstenen en annan färg.

Enheter formas under tryck och härdas i en autoklav (ångugn) vid 170 ° C i 4-6 timmar. Under härdningen reagerar en del av kalket med det kiselhaltiga materialet för att bilda ett kalciumsilikathydrat, som håller tegeln samman.

Kalciumsilikat tegelstenar. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Källa: Wikimedia Commons.

Emellertid tenderar kalciumsilikatstenar att expandera och krympa mer än ler tegelstenar, vilket ibland kan orsaka sprickbildning av murverket.

Detta har väckt uppmärksamhet och de har betraktats som potentiellt farliga.

I Portland cement

Kalciumsilikater är en del av Portlandcement, som är ett allmänt använt material inom byggindustrin.

Portlandcement är en hydraulisk cement som produceras av pulveriserande material som huvudsakligen består av hydratiserade kalciumsilikater och kalciumsulfat CaSO ₄ (gips).

Yta med cement. Cement innehåller kalciumsilikater i sin sammansättning. Författare: Pexels. Källa: Pixabay.

Det härdar snabbt på grund av hydreringsreaktionen som genererar en hydratiserad kalciumsilikatgel. Detta resulterar i ett starkt, tätt och dåligt permeabelt material (som inte släpper igenom vatten).

Silikaterna som den innehåller är trikalciumsilikat Ca ₃ SiO ₅ eller 3CaO.SiO ₂ och dikalciumsilikat Ca ₂ SiO ₄ eller 2CaO.SiO ₂ .

För att immobilisera radioaktivt skräp

Kalciumsilikaterna i cement kan variera i viktprocent. Portlandcementets sammansättning kan ändras beroende på vilken typ av konstruktionsstruktur den är avsedd för.

Vissa typer av detta cement används för att immobilisera radioaktivt avfall så att det inte orsakar människor eller miljön.

Som en isolator för byggnader

Kalciumsilikat används för att erhålla mineralskumskivor eller isolerande mineralskivor.

Kalciumsilikatark. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Källa: Wikimedia Commons.

Dessa tjänar till att isolera väggarna från fukt. CaO och SiO ₂ blandas med vatten och 3-6% cellulosa tillsätts, vilket förbättrar flexibiliteten och stabiliteten av kanterna.

Det resulterande slammet hälls i formar och värms sedan upp med ånga vid högt tryck och temperatur i en speciell ångugn, kallad en autoklav.

Resultatet är ett styvt, mycket finporerat skum som skärs i ark eller skivor och behandlas med speciella tillsatser så att det kan avvisa vatten.

Kalciumsilikatskum används inom byggsektorn, speciellt för att isolera väggar och förbättra skyddet mot fukt, och är särskilt användbart vid renovering av gamla byggnader.

För att minska föroreningar i metallurgisk industri

Dikalcium -silikat Ca ₂ SiO ₄ eller 2CaO.SiO ₂ finns i slagg eller avfall från produktionen av stål har använts för att fälla ut upplösta metaller i sura effluenter från andra metallurgiska processer.

Utfällning innebär att den upplösta metallen blir en del av en fast förening som går till botten av behållaren och kan samlas in.

Vissa avfall från stålindustrin har kalciumsilikater som är användbara för att fälla ut metaller från sura lösningar. Författare: Skeeze. Källa: Pixabay.

Ca ₂ SiO ₄ närvarande i stålslaggen reagerar med vatten och bildar Ca (OH) ₂ , som har förmågan att neutralisera surheten av sura lösningar av metaller från andra processer:

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

Förutom att neutralisera, kan kalciumsilikatföreningen adsorbera några av M2 ⁺ metalljonerna genom utbyte med kalciumjon Ca2 ⁺ . Här är en översikt:

≡Si-O-Ca + M ²⁺ → ≡Si-OM + Ca ²⁺

Den fasta föreningen som innehåller metallen kan sedan användas för ett annat syfte och kasseras inte. Detta är ett exempel på industriell ekologi.

I biomaterial

Kalciumsilikatkeramik började testas som biomaterial sedan 1990. De har studerats för deras potentiella användning i regenerering av benvävnad eftersom de har överlägsen bioaktivitet än andra material.

Detta tillskrivs det faktum att de har kisel (Si), som spelar en viktig roll i de mekanismer som leder till bildandet av nytt ben.

Kalciumsilikatbaserade cement har förmågan att inducera bildningen av en kalciumfosfat / apatitbeläggning när den nedsänks i biologiska vätskor och främjar vävnadsregenerering.

Kalciumsilikater kan fungera som en bas för biomaterial som gör det möjligt att reparera ben. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Källa: Wikimedia Commons.

Av dessa skäl betraktas det som ett lämpligt material för benreparation.

I biodentinen

Kalciumsilikat är en del av biodentin. Detta är ett material som används för att reparera tandperforeringar, benresorptioner och som en fyllning för slutet av tändernas rötter.

Biodentin är en bioaktiv cement med låg porositet som har större mekanisk hållfasthet eller hårdhet än andra material och liknar dentin.

Kalciumsilikater är en del av material som används för att täcka perforeringar i tänder. Jak / Public domain. Källa: Wikimedia Commons.

Det består av trikalciumsilikat (Ca ₃ SiO ₅ ), dicalciumsilikat (Ca ₂ SiO ₅ ), kalciumkarbonat (CaCO ₃ ) och zirkoniumoxid. När det blandas med vatten bildar kalciumsilikater en klibbig hydratiserad gel som stelnar efter en stund och skapar en hård struktur.

Det utövar en positiv effekt på cellerna i tandmassan och påskyndar bildandet av broar i dentinet, där styrkan i dess bindningar, dess mikrohårdhet och motstånd mot kompression sticker ut.

Rör med kalciumsilikat för att bota tänder. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Källa: Wikimedia Commons.

Andra appar

Kalciumsilikater används också som kakmedel och filterhjälpmedel.

CaSiO _3- kalciummetasilikat används i keramik, i apparater där viss friktion krävs, såsom fordonsbromsar och kopplingar, och för att erhålla metaller.

På grund av sin höga glans och vithet används CaSiO ₃ för att fylla färger och plast.

referenser

1. Ropp, RC (2013). Grupp 14 (C, Si, Ge, Sn och Pb) alkaliska jordföreningar. Kalciumsilikater. I Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Återställs från sciencedirect.com.
2. FAO (2015). Kalciumsilikat. Specifikationer utarbetade vid 80: ^e JECFA (2015) och FAO JECFA-monografier publicerade 17. Återställs från fao.org.
3. Harrisson, AM (2019). Konstitution och specifikation av Portland Cement. Kalciumsilikathydrat. In Lea's Chemistry of Cement and Concrete (Femte upplagan). Återställs från sciencedirect.com.
4. Gellert, R. (2010). Oorganiska mineralmaterial för isolering i byggnader. Kalciumsilikatskum och mineralskum. I material för energieffektivitet och termisk komfort i byggnader. Återställs från sciencedirect.com.
5. Goudouri, OM. et al. (2016). Karakterisering av nedbrytningsbeteendet hos bioceramiska ställningar. Apatite / wollastonite ställningar. I karaktärisering och design av vävnadsställningar. Återställs från sciencedirect.com.
6. Rani, P. et al. (2019). Nanokompositer med täckmassa. Biodentin. I tillämpningar av nanokompositmaterial i tandvård. Återställs från sciencedirect.com.
7. Ingham, JP (2013). Betongprodukter. Kalciumsilikatenheter. I geomaterials under mikroskopet. Återställs från sciencedirect.com.
8. Ojovan, MI och Lee, WE (2005). Immobilisering av radioaktiva avfall i cement. Hydrauliska cement. I en introduktion till immobilisering av kärnavfall. Återställs från sciencedirect.com.
9. Ramachandra Rao, S. (2006). Resursåtervinning och återvinning från metallurgiska avfall. Kalciumsilikat som utfällningsmedel för upplösta metaller. I avfallshanteringsserien. Återställs från sciencedirect.com.
10. Prati, C. och Gandolfi, MG (2015). Bioaktiva cement med kalciumsilikat: Biologiska perspektiv och kliniska tillämpningar. Dent Mater, 2015 apr; 31 (4): 351-70. Återställs från ncbi.nlm.nih.gov.