Proprietà, struttura, ottenimento, usi del silicato di calcio

Il Silicato di calcio è il nome dato a un gruppo di composti chimici formati da ossido di calcio (CaO) e silice (SiO_Due). La formula generale di questi composti è xCaO • ySiO_Due• zH_DueO.

Sono solidi bianchi o bianco giallastri. Possono essere anidri, cioè senza acqua (H._DueO) nella sua struttura, o può contenerlo. Fanno parte di diversi tipi di minerali in natura.

I silicati di calcio sono insolubili in acqua, ma quando si uniscono ad essa, formano gel idratati (materiali come la gelatina) che sono molto duri, resistenti e quasi impermeabili quando si fissano.

Ciò ha portato al loro utilizzo nel settore edile, poiché vengono utilizzati in cemento, mattoni e pannelli isolanti dall'umidità. Fanno anche parte dei materiali per la guarigione delle perforazioni nei denti ed è stato addirittura studiato per utilizzarli nella rigenerazione delle ossa, cioè come biomateriale.

Sono stati proposti per ridurre l'inquinamento generato da alcune industrie metallurgiche. Sono anche usati come generatori di attrito nei freni e nelle frizioni dei veicoli..

Indice articolo

• 1 Struttura
• 2 Nomenclatura
• 3 Proprietà
  • 3.1 Stato fisico
  • 3.2 Peso molecolare
  • 3.3 Punto di fusione
  • 3.4 Densità
  • 3.5 Solubilità
  • 3,6 pH
  • 3.7 Altre proprietà
• 4 Ottenimento
• 5 Usi
  • 5.1 Per ottenere mattoni
  • 5.2 Nel cemento Portland
  • 5.3 Per immobilizzare i rifiuti radioattivi
  • 5.4 Come isolamento per edifici
  • 5.5 Ridurre l'inquinamento nell'industria metallurgica
  • 5.6 Nei biomateriali
  • 5.7 In biodentina
  • 5.8 Altre applicazioni
• 6 Riferimenti

Struttura

Il silicato di calcio può contenere una quantità variabile di ossido di calcio (CaO) e silice (SiO_Due). La sua formula generale è:

xCaO • ySiO_Due• zH_DueO

dove x, yez sono numeri che possono avere diversi valori.

La quantità di CaO deve essere compresa tra il 3% e il 35% (in peso su base secca) e il contenuto di SiO_Due Dovrebbe essere del 50-95% (in peso su base secca). Possono essere anidri (senza acqua nella sua struttura, cioè z = 0 nella formula) oppure possono essere idratati (con acqua è la sua conformazione).

Nomenclatura

• Silicato di calcio
• Sale di calcio dell'acido silicico
• Ossido di calcio e silicio

Proprietà

Stato fisico

Solido bianco o biancastro molto fine.

Peso molecolare

Metasilicato di calcio CaO • SiO_Due o CaSiO₃ = 116,16 g / mol

Punto di fusione

CaSiO calcio metasilicato₃ = 1540 ° C

Densità

CaSiO calcio metasilicato₃ = 2,92 g / cc

Solubilità

Insolubile in acqua ed etanolo.

pH

Un fango preparato con il 5% di silicato di calcio può avere un pH di 8,4-12,5.

Altre proprietà

Il silicato di calcio può essere idratato (con acqua nella molecola) o anidro (senza acqua nella molecola) con varie proporzioni di calcio sotto forma di ossido di calcio CaO e silice sotto forma di biossido di silice SiO_Due.

Ha un'elevata capacità di assorbimento d'acqua. Metasilicato di calcio (CaO • SiO_Due o CaSiO₃) si distingue per brillantezza e bianchezza, bassa umidità, basso contenuto volatile e buon assorbimento dell'olio.

Tra gli idrati del silicato di calcio ci sono quelli formati aggiungendo acqua a Ca_Duesì₅ ea Ca₃sì₅. I prodotti di idratazione di questi due composti sono i più abbondanti in alcuni tipi di cemento..

Ottenere

Il silicato di calcio si ottiene in vari modi facendo reagire materiale siliceo (come farina fossile) e composti di calcio (come idrossido di calcio (Ca (OH)_Due).

Il silicato di calcio può essere preparato ad esempio calcinando l'ossido di calcio (CaO) con silice (SiO_Due) a temperature elevate.

Quando la reazione viene eseguita con un rapporto molare 1: 1 (ciò significa che ci sono lo stesso numero di molecole di CaO di SiO_Due) provoca il metasilicato di calcio CaSiO₃ o CaO • SiO_Due:

CaO + SiO_Due + calore → CaSiO₃

Applicazioni

Nell'ottenere mattoni

Con il silicato di calcio, vengono realizzati elementi o mattoni per la costruzione. Sono ottenuti con materiale siliceo fine e calce viva o calce idrata. È possibile aggiungere pigmenti inerti per conferire al mattone un colore diverso.

Le unità vengono stampate sotto pressione e polimerizzate in autoclave (forno a vapore) a 170 ° C per 4-6 ore. Durante la polimerizzazione parte della calce reagisce con il materiale siliceo per formare un idrato di silicato di calcio, che tiene insieme il mattone..

Tuttavia, i mattoni di silicato di calcio tendono ad espandersi e restringersi più dei mattoni di argilla, che a volte possono causare fessurazioni della muratura..

Questo ha attirato l'attenzione e sono stati considerati potenzialmente pericolosi.

In cemento Portland

I silicati di calcio fanno parte del cemento Portland, un materiale ampiamente utilizzato nell'industria delle costruzioni.

Il cemento Portland è un cemento idraulico prodotto dalla polverizzazione di materiali formati principalmente da silicati di calcio idrati e solfato di calcio CaSO₄ (cast).

Indurisce rapidamente grazie alla reazione di idratazione che genera un gel di silicato di calcio idratato. Ciò si traduce in un materiale forte, denso e poco permeabile (che non lascia passare l'acqua).

I silicati che contiene sono silicato tricalcico Ca₃sì₅ o 3CaO.SiO_Due e silicato bicalcico Ca_Duesì₄ o 2CaO.SiO_Due.

Per immobilizzare i rifiuti radioattivi

I silicati di calcio nel cemento possono variare nella loro percentuale in peso. La composizione del cemento Portland può variare a seconda del tipo di struttura edile a cui è destinato..

Alcuni tipi di questo cemento vengono utilizzati per immobilizzare i rifiuti radioattivi in ​​modo che non provochino danni alle persone o all'ambiente..

Come isolamento per edifici

Il silicato di calcio viene utilizzato per ottenere pannelli in schiuma minerale o pannelli minerali isolanti.

Questi servono per isolare le pareti dall'umidità. CaO e SiO sono mescolati_Due con acqua e 3-6% di cellulosa si aggiunge, che migliora la flessibilità e la stabilità dei bordi.

Il fango risultante viene versato negli stampi e quindi riscaldato con vapore ad alta pressione e temperatura in uno speciale forno a vapore chiamato autoclave..

Il risultato è una schiuma rigida a pori molto fini che viene tagliata in fogli o pannelli e trattata con additivi speciali in modo che possa respingere l'acqua..

La schiuma di silicato di calcio viene utilizzata nel settore edile, soprattutto per isolare le pareti e migliorare la protezione dall'umidità, risultando utile soprattutto nella ristrutturazione di vecchi edifici.

Per ridurre l'inquinamento nell'industria metallurgica

Silicato bicalcico Ca_Duesì₄ o 2CaO.SiO_Due trovato nelle scorie o nei rifiuti della produzione di acciaio è stato utilizzato per precipitare i metalli disciolti negli effluenti acidi di altri processi metallurgici.

Precipitare significa che il metallo disciolto diventa parte di un composto solido che va sul fondo del contenitore e può essere raccolto.

Il CA_Duesì₄ presente nelle scorie di acciaio reagisce con l'acqua e produce Ca (OH)_Due che ha la capacità di neutralizzare l'acidità di soluzioni acide di metalli da altri processi:

2 Ca_Duesì₄ + 4 h_DueO → 3CaO.2SiO_Due.3H_DueO + Ca (OH)_Due

Oltre a neutralizzare, il composto di silicato di calcio può adsorbire alcuni degli ioni metallici M^Due+ per scambio con lo ione calcio Ca^Due+. Ecco uno schema:

≡Si-O-Ca + M^Due+ → ≡Si-O-M + Ca^Due+

Il composto solido contenente il metallo può quindi essere utilizzato per un altro scopo e non viene scartato. Questo è un esempio di ecologia industriale.

Nei biomateriali

Le ceramiche di silicato di calcio hanno iniziato a essere testate come biomateriali dal 1990. Sono state studiate per il loro potenziale utilizzo nella rigenerazione del tessuto osseo grazie alla loro bioattività superiore ad altri materiali..

Ciò è attribuito al fatto che hanno silicio (Si), che svolge un ruolo essenziale nei meccanismi che portano alla formazione di nuovo osso..

I cementi a base di silicato di calcio hanno la capacità di indurre la formazione di un rivestimento di fosfato di calcio / apatite quando immersi in fluidi biologici e promuovere la rigenerazione dei tessuti..

Per questi motivi viene considerato un materiale idoneo per la riparazione ossea..

Nella biodentina

Il silicato di calcio fa parte della biodentina. Questo è un materiale che viene utilizzato per riparare le perforazioni dei denti, i riassorbimenti ossei e come otturazione per l'estremità delle radici dei denti..

Biodentine è un cemento bioattivo a bassa porosità che ha una maggiore resistenza meccanica o durezza rispetto ad altri materiali e assomiglia alla dentina.

È costituito da silicato tricalcico (Ca₃sì₅), silicato bicalcico (Ca_Duesì₅), carbonato di calcio (CaCO₃) e ossido di zirconio. Quando miscelati con acqua, i silicati di calcio formano un gel idratato appiccicoso che dopo un po 'si solidifica creando una struttura dura..

Esercita un effetto positivo sulle cellule della polpa dentale e accelera la formazione di ponti nella dentina, dove vengono evidenziate la forza dei suoi legami, la sua microdurezza e resistenza alla compressione..

Altre app

I silicati di calcio sono anche usati come agenti antiagglomeranti e coadiuvanti di filtrazione..

Calcio metasilicato CaSiO₃ utilizzato in ceramica, in dispositivi dove è richiesto l'attrito, come freni e frizioni di veicoli, e per ottenere metalli.

Grazie alla sua elevata luminosità e bianchezza, CaSiO₃ Viene utilizzato per riempire vernici e plastiche.

Riferimenti

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