- estructura
- Nomenclatura
- propietats
- estat físic
- pes molecular
- Punt de fusió
- densitat
- solubilitat
- pH
- altres propietats
- obtenció
- usos
- En l'obtenció de maons
- En el ciment Portland
- Per immobilitzar escombraries radioactives
- Com aïllant per a edificacions
- Per disminuir la contaminació en la indústria metal·lúrgica
- en biomaterials
- A la biodentina
- altres aplicacions
- referències
El silicat de calci és el nom que se li assigna a un grup de compostos químics formats a partir d'òxid de calci (CaO) i sílice (SiO 2). La fórmula general d'aquests compostos és xCaO • ySiO 2 • Zh 2 O.
Són sòlids blancs o blanc groguencs. Poden ser anhidres, és a dir, sense aigua (H 2 O) en la seva estructura, o poden contenir-la. Formen part de diversos tipus de minerals en la naturalesa.
Mineral de silicat de calci. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Public domain. Font: Wikimedia Commons.
Els silicats de calci són insolubles en aigua però a l'unir-se amb aquesta formen gels hidratats (materials com gelatina) que després a l'quallar són molt durs, resistents i gairebé impermeables.
Això ha causat el seu ús en la indústria de la construcció, ja que s'utilitzen en el ciment, en maons i en panells aïllants de la humitat. També formen part de materials per curar perforacions a les dents i fins i tot s'ha estudiat per utilitzar-los en la regeneració d'ossos, és a dir, com biomaterial.
S'han proposat per disminuir la contaminació que generen algunes indústries metal·lúrgiques. També es fan servir com a generadors de fricció en frens i embragatges de vehicles.
estructura
El silicat de calci pot contenir una quantitat variable d'òxid de calci (CaO) i de sílice (SiO 2). La seva fórmula general és:
xCaO • ySiO 2 • Zh 2 O
on x, i, z són nombres que poden tenir diversos valors.
La quantitat de CaO ha d'estar entre el 3% i 35% (en pes sobre base seca) i el contingut de SiO 2 ha de ser de 50-95% (en pes sobre base seca). Poden ser anhidres (sense aigua en la seva estructura, és a dir, z = 0 en la fórmula) o poden ser hidratats (amb aigua és la seva conformació).
Nomenclatura
- Silicat de calci
- Sal de calci de l'àcid silícic
- Òxid de calci i silici
propietats
estat físic
Sòlid molt fi blanc o blanc os.
pes molecular
Metasilicat de calci CaO • SiO 2 o CaSiO 3 = 116,16 g / mol
Punt de fusió
Metasilicat de calci CaSiO 3 = 1540 ° C
densitat
Metasilicat de calci CaSiO 3 = 2,92 g / cc
solubilitat
Insoluble en aigua i etanol.
pH
Un fang preparat amb un 5% de silicat de calci pot tenir un pH de 8,4-12,5.
altres propietats
El silicat de calci pot ser hidratat (amb aigua a la molècula) o anhidre (sense aigua a la molècula) amb diverses proporcions de calci en forma d'òxid de calci CaO i sílice en forma de diòxid de sílice SiO 2.
Posseeix una alta capacitat d'absorció d'aigua. El metasilicat de calci (CaO • SiO 2 o CaSiO 3) destaca per la seva brillantor i blancor, baixa humitat, baix contingut volàtil i bona absorció d'oli.
Metasilicat de calci CaSiO 3. Ondřej Mangl / Public domain. Font: Wikimedia Commons.
Entre els hidrats de silicat de calci es distingeixen els formats a l'afegir aigua a Ca 2 SiO 5 i a Ca 3 SiO 5. Els productes d'hidratació d'aquests dos compostos són els més abundants en certs tipus de ciment.
obtenció
El silicat de calci s'obté de diverses formes fent reaccionar material silici (com les terres de diatomees) i compostos de calci (com l'hidròxid de calci (Ca (OH) 2).
Es pot preparar silicat de calci per exemple calcinant òxid de calci (CaO) amb sílice (SiO 2) a temperatures elevades.
Quan la reacció es realitza a una raó molar 1: 1 (això vol dir que hi ha igual nombre de molècules de CaO que de SiO 2) resulta el metasilicat de calci CaSiO 3 o CaO • SiO 2:
CaO + SiO 2 + calor → CaSiO 3
usos
En l'obtenció de maons
Amb el silicat de calci es fabriquen unitats o maons per a la construcció. S'obtenen amb material silici fi i calç viva o calç hidratada. Es poden afegir pigments inerts per donar diferent color a la rajola.
Es modelen les unitats sota pressió i es curen en autoclau (forn amb vapor) a 170 ° C durant 4-6 hores. Durant el curat una mica de la calç reacciona amb el material silici per formar un hidrat de silicat de calci, el qual manté unit a la rajola.
Maons de silicat de calci. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Font: Wikimedia Commons.
No obstant això, els maons de silicat de calci tendeixen a expandir-se i encongir més que els maons d'argila, el que a vegades pot causar esquerdament de la maçoneria.
Això ha cridat l'atenció i se'ls ha considerat com a potencialment perillosos.
En el ciment Portland
Els silicats de calci formen part de el ciment Portland, que és un material que s'usa àmpliament en la indústria de la construcció.
El ciment Portland és un ciment hidràulic que es produeix polvoritzant materials formats principalment per silicats de calci hidratats i sulfat de calci CAS 4 (guix).
Superfície amb ciment. El ciment conté silicats de calci en la composició. Autor: Pexels. Font: Pixabay.
S'endureix ràpidament a causa de la reacció d'hidratació que genera un gel hidratat de silicats de calci. Això resulta en un material fort, dens i poc permeable (que no deixa passar l'aigua).
Els silicats que conté són el silicat tricàlcic Ca 3 SiO 5 o 3CaO.SiO 2 i el silicat dicàlcic Ca 2 SiO 4 o 2CaO.SiO 2.
Per immobilitzar escombraries radioactives
Els silicats de calci en el ciment poden variar en el seu percentatge en pes. La composició de el ciment Portland pot canviar segons el tipus d'estructura de construcció a la qual està destinat.
Alguns tipus d'aquest ciment s'utilitzen per a la immobilització d'escombraries radioactiva perquè no causi dany a persones o a l'ambient.
Com aïllant per a edificacions
El silicat de calci serveix per obtenir taulers d'escuma mineral o taulers minerals aïllants.
Làmines de silicats de calci. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Font: Wikimedia Commons.
Aquests serveixen per aïllar les parets de la humitat. Es barregen CaO i SiO 2 amb aigua i s'agrega un 3-6% de cel·lulosa, el que li millora la flexibilitat i estabilitat de les vores.
El fang resultant s'aboca en motlles i després s'escalfa amb vapor a alta pressió i temperatura en un forn especial amb vapor anomenat autoclau.
El resultat és una escuma rígida, de porus molt fi que es talla en làmines o taulers i es tracta amb additius especials perquè pugui repel·lir l'aigua.
L'escuma de silicat de calci s'usa en el sector de la construcció, especialment per aïllar les parets i millorar la protecció contra la humitat, sent útil especialment en la renovació d'edificis vells.
Per disminuir la contaminació en la indústria metal·lúrgica
El silicat dicàlcic Ca 2 SiO 4 o 2CaO.SiO 2 que es troba a les escòries o rebutjos de la producció de l'acer s'ha emprat per precipitar metalls dissolts en efluents àcids d'altres processos metal·lúrgics.
Precipitar vol dir que el metall dissolt passa a formar part d'un compost sòlid que es va a el fons de l'recipient i es pot recollir.
Alguns deixalles de la indústria de l'acer posseeixen silicats de calci útils per precipitar metalls de solucions àcides. Autor: Skeeze. Font: Pixabay.
El Ca 2 SiO 4 present en l'escòria d'acer reacciona amb l'aigua i produeix Ca (OH) 2 que té la capacitat de neutralitzar l'acidesa de les solucions àcides de metalls d'altres processos:
2 Ca 2 SiO 4 + 4 H 2 O → 3CaO.2SiO 2.3H 2 O + Ca (OH) 2
A més de neutralitzar, el compost de silicat de calci pot adsorbir alguns dels ions metàl·lics M 2+ per intercanvi amb l'ió calci Ca 2+. A continuació un esquema:
≡Si-O-Ca + M 2+ → ≡Si-OM + Ca 2+
El compost sòlid que conté el metall pot després ser utilitzat per a una altra finalitat i no es rebutja. Aquest és un exemple d'ecologia industrial.
en biomaterials
Les ceràmiques de silicats de calci es van començar a provar com biomaterials des de 1990. S'han estudiat per al seu ús potencial en la regeneració de teixit ossi a causa que posseeixen una bioactivitat superior a altres materials.
S'atribueix això a fet que tenen silici (Si), el qual juga un paper essencial en els mecanismes que condueixen a la formació d'os nou.
Els ciments basats en silicats de calci tenen la capacitat d'induir la formació de recobriment de fosfat de calci / apatita quan són submergits en fluids biològics i promoure la regeneració de teixits.
Els silicats de calci poden funcionar com a base per biomaterials que permetin reparar ossos. https://www.scientificanimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Font: Wikimedia Commons.
Per aquestes raons està sent considerat com aprenentatge per a la reparació d'ossos.
A la biodentina
El silicat de calci forma part de la biodentina. Aquest és un material que s'utilitza per reparar perforacions de dents, reabsorcions d'ossos i com a farcit de l'extrem de les arrels de les dents.
La biodentina és un ciment bioactiu amb poca porositat que posseeix una força o duresa mecànica més gran que altres materials i s'assembla a la dentina.
Els silicats de calci formen part de materials que serveixen per tapar perforacions a les dents. Jak / Public domain. Font: Wikimedia Commons.
Està formada per silicat tricàlcic (Ca 3 SiO 5), silicat dicàlcic (Ca 2 SiO 5), carbonat de calci (CaCO 3) i òxid de zirconi. A l'barrejar-se amb aigua els silicats càlcics formen un gel hidratat enganxós que després d'un temps solidifica creant una estructura dura.
Exerceix un efecte positiu sobre les cèl·lules de la polpa dental i accelera la formació de ponts en la dentina, on ressalta la força dels seus enllaços, el seu microduresa i resistència a la compressió.
Tub amb silicat de calci per curar dents. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Font: Wikimedia Commons.
altres aplicacions
Els silicats de calci s'utilitzen també com a agents antiaglutinants i ajudants de filtració.
El metasilicat de calci CaSiO 3 s'usa en ceràmiques, en dispositius on es requereix certa fricció, com frens i embragatges de vehicles, i en l'obtenció de metalls.
Per la seva alta brillantor i blancor el CaSiO 3 s'empra en farcit de pintures i plàstics.
referències
- Ropp, RC (2013). Group 14 (C, Si, Ge, Sn, and Pb) Alkaline Earth Compounds. Calcium Silicates. In Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Recuperat de sciencedirect.com.
- FAO (2015). Calcium silicate. Specifications Prepared at the 80 th JECFA (2015) and published in FAO JECFA Monographs 17. Recuperat de fao.org.
- Harrisson, AM (2019). Constitution and Specification of Portland Cement. Calcium silicate Hydrate. In Llegiu s Chemistry of Cement and Concrete (Fifth Edition). Recuperat de sciencedirect.com.
- Gellert, R. (2010). Inorganic mineral materials for insulation in buildings. Calcium silicate foam and mineral foam. In Materials for Energy Efficiency and Thermal Comfort in Buildings. Recuperat de sciencedirect.com.
- Goudouri, OM. et al. (2016). Cgaracterizing the Degradation behavior of bioceramic scaffolds. Apatite / wollastonite scaffolds. In Characterisation and Design of Tissue scaffolds. Recuperat de sciencedirect.com.
- Rani, P. et al. (2019). Dental pulp capping nanocomposites. Biodentin. In Applications of nanocompòsit Materials in Dentistry. Recuperat de sciencedirect.com.
- Ingham, JP (2013). Concrete products. Calcium silicate units. In Geomaterials Under the Microscope. Recuperat de sciencedirect.com.
- Ojovan, MI and Lee, WE (2005). Immobilisation of Radioactive Wastes in Cement. Hydraulic Cements. In An Introduction to Nuclear Waste Immobilisation. Recuperat de sciencedirect.com.
- Ramachandra Rao, S. (2006). Resource Recovery and Recycling from Metallurgical Wastes. Calcium silicate es Precipitant for Dissolved Metals. In Waste Management Series. Recuperat de sciencedirect.com.
- Prati, C. and Gandolfi, MG (2015). Calcium silicate Bioactive Cements: Biological perspectives and clinical applications. Dent Mater, 2015 abril; 31 (4): 351-70. Recuperat de ncbi.nlm.nih.gov.