KŘEMIČITAN VÁPENATÝ: VLASTNOSTI, STRUKTURA, ZÍSKÁVÁNÍ, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Křemičitan vápenatý je název, který je přiřazen ke skupině chemických sloučenin, vytvořených z oxidu vápenatého (CaO) a oxidu křemičitého (SiO ₂). Obecný vzorec těchto sloučenin je xCaO • ySiO ₂ • zH ₂ O.

Jsou to bílé nebo nažloutlé bílé pevné látky. Mohou být bezvodý, tj, bez vody (H ₂ O) v jeho struktura, nebo může obsahovat. Jsou součástí několika druhů minerálů v přírodě.

Křemičitan vápenatý minerální. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Public domain. Zdroj: Wikimedia Commons.

Křemičitany vápenaté jsou nerozpustné ve vodě, ale když se s nimi spojí, tvoří hydratované gely (materiály jako je želatina), které jsou po srážení velmi tvrdé, odolné a téměř vodotěsné.

To vedlo k jejich použití ve stavebnictví, protože se používají v cementu, cihlách a panelech izolačních proti vlhkosti. Jsou také součástí materiálů k hojení perforací v zubech a byly dokonce studovány pro použití při regeneraci kostí, tj. Jako biomateriál.

Byly navrženy ke snížení znečištění způsobeného některými hutními průmysly. Používají se také jako generátory tření v brzdách a spojkách vozidel.

Struktura

Křemičitan vápenatý může obsahovat různá množství oxidu vápenatého (CaO) a oxid křemičitý (SiO ₂). Jeho obecný vzorec je:

xCaO • Ysio ₂ • zH ₂ O

kde x, yaz jsou čísla, která mohou mít různé hodnoty.

Množství CaO musí být mezi 3% a 35% (hmotnostních vztaženo na sušinu) a SiO _2, obsah musí být v rozmezí 50-95% (hmotnostních vztaženo na sušinu). Mohou být bezvodé (bez vody ve své struktuře, tj. Z = 0 ve vzorci) nebo mohou být hydratovány (vodou je její konformace).

Nomenklatura

• Křemičitan vápenatý
• Vápenatá sůl kyseliny křemičité
• Oxid vápenatý a křemík

Vlastnosti

Fyzický stav

Velmi jemná bílá nebo téměř bílá pevná látka.

Molekulární váha

Metakřemičitan vápenatý CaO • SiO ₂ nebo CaSiO ₃ = 116,16 g / mol

Bod tání

Metakřemičitan vápenatý CaSi03 ₃ = 1540 ° C

Hustota

Vápník metakřemičitan CaSiO ₃ = 2,92 g / cc

Rozpustnost

Nerozpustný ve vodě a ethanolu.

pH

Bahno připravené z 5% křemičitanu vápenatého může mít pH 8,4-12,5.

Další vlastnosti

Křemičitan vápenatý mohou být hydratovány (s vodou v molekule) nebo bezvodý (bez vody v molekule) s různými poměry vápníku ve formě oxidu vápenatého CaO a oxidu křemičitého ve formě silikagelu, oxidu SiO ₂.

Má vysokou absorpční kapacitu vody. Metakřemičitan vápenatý (CaO • SiO ₂ nebo CaSiO ₃) vyniká svou brilancí a bělostí, nízkou vlhkostí, nízkým obsahem těkavých látek a dobrou absorpcí oleje.

CaSiO ₃ metakřemičitan vápenatý. Ondřej Mangl / Public domain. Zdroj: Wikimedia Commons.

Mezi vápenopískových hydrátů, ty, které vznikají přidáním vody na Ca ₂ SiO ₅ a Ca ₃ SiO ₅ jsou rozlišeny. Hydratační produkty těchto dvou sloučenin jsou v některých typech cementu nejhojnější.

Získání

Křemičitan vápenatý se vyrábí různými způsoby reakcí křemičitého materiálu (jako je křemelina) a sloučenin vápníku (jako je hydroxid vápenatý (Ca (OH) ₂)).

Křemičitan vápenatý se může připravit například kalcinací oxidu vápenatého (CaO) s oxidem křemičitým (SiO ₂), při zvýšených teplotách.

Když se reakce provádí při molárním poměru 1: 1 (to znamená, že existuje stejný počet molekul CaO jako SiO ₂), vápenaté metakřemičitan Casio ₃ nebo CaO • SiO _{2 Výsledky}:

CaO + SiO ₂ + teplo → CaSiO ₃

Aplikace

Při získávání cihel

S křemičitanem vápenatým se vyrábějí stavební kameny. Získávají se z jemného křemičitého materiálu a páleného vápna nebo hydratovaného vápna. Lze přidat inertní pigmenty, aby cihla získala jinou barvu.

Jednotky jsou formovány pod tlakem a vytvrzovány v autoklávu (parní pec) při 170 ° C po dobu 4 až 6 hodin. Během vytvrzování některé vápno reaguje s křemičitým materiálem za vzniku hydrátu křemičitanu vápenatého, který drží cihlu pohromadě.

Křemičitanové cihly. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Zdroj: Wikimedia Commons.

Cihlovodičitanové cihly však mají tendenci expandovat a zmenšovat se více než hliněné cihly, což může někdy způsobit popraskání zdiva.

To přitahovalo pozornost a byly považovány za potenciálně nebezpečné.

V portlandském cementu

Křemičitany vápenaté jsou součástí portlandského cementu, který je široce používaným materiálem ve stavebnictví.

Portlandský cement je hydraulický cement, který se vyrábí rozmělňováním materiálů tvořených hlavně z hydratovaných křemičitanů vápenatých a síranu vápenatého CaSO ₄ (sádra).

Povrch s cementem. Cement obsahuje ve svém složení křemičitany vápenaté. Autor: Pexels. Zdroj: Pixabay.

Rychle ztuhne díky hydratační reakci, která vytváří hydratovaný gel křemičitanu vápenatého. Výsledkem je silný, hustý a špatně propustný materiál (který nepropouští vodu).

Křemičitany, které obsahuje, jsou trifosforečnan křemičitan Ca ₃ SiO ₅ nebo 3CaO.SiO ₂ a křemičitan vápenatý Ca ₂ SiO ₄ nebo 2CaO.SiO ₂.

Imobilizovat radioaktivní odpad

Křemičitany vápenaté v cementu se mohou lišit v procentech hmotnostních. Složení portlandského cementu se může měnit v závislosti na typu konstrukční struktury, pro kterou je určen.

Některé druhy tohoto cementu se používají k imobilizaci radioaktivního odpadu tak, aby nepoškodil lidi ani životní prostředí.

Jako izolátor budov

Křemičitan vápenatý se používá k získání desek z minerální pěny nebo izolačních minerálních desek.

Listy křemičitanu vápenatého. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Zdroj: Wikimedia Commons.

Slouží k izolaci stěn od vlhkosti. CaO a SiO ₂ se smísí s vodou a 3-6% celulózy se přidá, což zlepšuje pružnost a stabilitu hran.

Výsledný kal se nalije do forem a poté se zahřívá parou při vysokém tlaku a teplotě ve speciální parní peci zvané autokláv.

Výsledkem je tuhá, velmi jemná pěna, která se rozřeže na listy nebo desky a ošetří se speciálními přísadami, aby mohla odpuzovat vodu.

Pěna z křemičitanu vápenatého se používá ve stavebnictví, zejména k izolaci stěn a zlepšení ochrany proti vlhkosti, což je užitečné zejména při renovaci starých budov.

Snížit znečištění v hutním průmyslu

Dikalcium silikát Ca ₂ SiO ₄ nebo 2CaO.SiO ₂ nalezen ve strusce nebo odpady z výroby oceli se používá k vysrážení rozpuštěných kovů v kyselých odpadních vod z jiných metalurgických procesech.

Srážení znamená, že rozpuštěný kov se stává součástí pevné sloučeniny, která jde ke dnu nádoby a může být shromažďována.

Některé odpady z ocelářského průmyslu obsahují křemičitany vápenaté užitečné pro vysrážení kovů z kyselých roztoků. Autor: Skeeze. Zdroj: Pixabay.

Ca ₂ SiO ₄ přítomný v ocelové strusce reaguje s vodou a vytváří Ca (OH) _2, který má schopnost neutralizovat kyselost kyselých roztoků kovů z jiných procesů:

2 Ca ₂ SiO ₄ + 4 H ₂ O → 3CaO. 2SiO ₂.3H ₂ O + Ca (OH) ₂

Kromě neutralizace může sloučenina křemičitanu vápenatého adsorbovat některé kovové ionty M2 ⁺ výměnou za ionty vápníku Ca2 ⁺. Zde je přehled:

≡Si-O-Ca + M ²⁺ → ≡Si-OM + Ca ²⁺

Pevná sloučenina, která obsahuje kov, může být potom použita k jinému účelu a není odstraněna. Toto je příklad průmyslové ekologie.

V biomateriálech

Keramika na bázi křemičitanu vápenatého se začala zkoušet jako biomateriály od roku 1990. Byly zkoumány pro jejich potenciální použití při regeneraci kostní tkáně, protože mají vynikající biologickou aktivitu než jiné materiály.

Toto je přičítáno skutečnosti, že mají křemík (Si), který hraje zásadní roli v mechanismech, které vedou k tvorbě nové kosti.

Cementy na bázi křemičitanu vápenatého mají schopnost indukovat tvorbu povlaku fosforečnan vápenatý / apatit, když jsou ponořeny do biologických tekutin a podporují regeneraci tkáně.

Křemičitany vápenaté mohou fungovat jako základ pro biomateriály, které umožňují opravu kostí. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Zdroj: Wikimedia Commons.

Z těchto důvodů se považuje za vhodný materiál pro opravu kostí.

V biodentinu

Křemičitan vápenatý je součástí biodentinu. Jedná se o materiál, který se používá k opravě perforace zubů, kostních resorpcí a jako výplň na konec kořenů zubů.

Biodentin je bioaktivní cement s nízkou porézností, který má větší mechanickou pevnost nebo tvrdost než jiné materiály a je podobný dentinu.

Křemičitany vápenaté jsou součástí materiálů používaných k zakrytí perforací v zubech. Jak / Public domain. Zdroj: Wikimedia Commons.

Je vyroben z křemičitanu vápenatého (Ca ₃ SiO ₅), křemičitanu vápenatého (Ca ₂ SiO ₅), uhličitanu vápenatého (CaCO ₃) a oxidu zirkoničitého. Po smíchání s vodou tvoří křemičitany vápenaté lepkavý hydratovaný gel, který po chvíli ztuhne a vytvoří tvrdou strukturu.

Pozitivně působí na buňky zubní dřeně a urychluje tvorbu můstků v dentinu, kde vyniká síla jeho vazeb, jeho mikrotvrdost a odolnost vůči stlačení.

Trubka s křemičitanem vápenatým pro léčbu zubů. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Zdroj: Wikimedia Commons.

Další aplikace

Křemičitany vápenaté se také používají jako prostředky proti spékání a filtrační pomůcky.

Metakřemičitan vápenatý CaSiO ₃ se používá v keramice, v zařízeních, kde se vyžaduje určité tření, jako jsou brzdy vozidel a spojky, a při získávání kovů.

Vzhledem k vysoké brilanci a bělosti se CaSiO ₃ používá k plnění barev a plastů.

Reference

1. Ropp, RC (2013). Skupina 14 (C, Si, Ge, Sn a Pb), sloučeniny alkalických zemin. Křemičitany vápenaté. V encyklopedii sloučenin alkalických zemin. Obnoveno z sciposedirect.com.
2. FAO (2015). Křemičitan vápenatý. Specifikace připravené na 80 ^th JECFA (2015) a FAO JECFA monografie zveřejněny v 17. získaných z fao.org.
3. Harrisson, AM (2019). Konstrukce a specifikace portlandského cementu. Hydrát křemičitanu vápenatého. V Lea je chemie cementu a betonu (páté vydání). Obnoveno z sciposedirect.com.
4. Gellert, R. (2010). Anorganické minerální materiály pro izolaci v budovách. Křemičitanová pěna a minerální pěna. V materiálech pro energetickou účinnost a tepelné pohodlí v budovách. Obnoveno z sciposedirect.com.
5. Goudouri, OM. et al. (2016). Cgaracterizing degradační chování bioceramických lešení. Lešení apatit / wollastonit. V charakterizaci a návrhu tkáňových lešení. Obnoveno z sciposedirect.com.
6. Rani, P. a kol. (2019). Nanokompozity zubní buničiny. Biodentin. V aplikacích nanokompozitních materiálů ve stomatologii. Obnoveno z sciposedirect.com.
7. Ingham, JP (2013). Betonové výrobky. Jednotky křemičitanu vápenatého. V geomateriálech pod mikroskopem. Obnoveno z sciposedirect.com.
8. Ojovan, MI a Lee, WE (2005). Imobilizace radioaktivních odpadů v cementu. Hydraulické cementy. V úvodu k imobilizaci jaderného odpadu. Obnoveno z sciposedirect.com.
9. Ramachandra Rao, S. (2006). Obnovení zdrojů a recyklace z metalurgických odpadů. Křemičitan vápenatý jako srážedlo pro rozpuštěné kovy. V řadě pro nakládání s odpady. Obnoveno z sciposedirect.com.
10. Prati, C. a Gandolfi, MG (2015). Bioaktivní cementy z křemičitanu vápenatého: biologické perspektivy a klinické aplikace. Dent Mater, 2015 duben; 31 (4): 351-70. Obnoveno z ncbi.nlm.nih.gov.