KALSIYUM SILIKAT: ÖZELLIKLERI, YAPISI, ELDE EDILMESI, KULLANIMLARI - KIMYA - 2025

Kalsiyum silikat , kalsiyum oksit (CaO) ve silikadan oluşan kimyasal bileşikler (SiO bir grubuna atanan adım ₂ ). Bu bileşiklerin genel formülü xCaO • ySiO ₂ • zH ₂ O'dur .

Beyaz veya sarımsı beyaz katılardır. Susuz olabilirler yani yapılarında susuz (H ₂ O) olabilirler veya içerebilirler. Doğadaki çeşitli mineral türlerinin parçasıdırlar.

Kalsiyum silikat minerali. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Kamu malı. Kaynak: Wikimedia Commons.

Kalsiyum silikatlar suda çözünmezler, ancak onunla birleştiklerinde sulu jeller (jelatin gibi malzemeler) oluştururlar, bunlar kesildikten sonra çok sert, dirençli ve neredeyse su geçirmezdir.

Bu, çimento, tuğlalar ve nem izolasyon panellerinde kullanıldıkları için inşaat sektöründe kullanılmalarına yol açmıştır. Ayrıca dişlerdeki delikleri iyileştiren malzemelerin bir parçasıdırlar ve hatta kemiklerin yenilenmesinde yani biyomateryal olarak kullanılmak üzere çalışılmışlardır.

Bazı metalurji endüstrilerinin neden olduğu kirliliği azaltmaları önerildi. Ayrıca araç frenlerinde ve debriyajlarında sürtünme jeneratörü olarak kullanılırlar.

yapı

Kalsiyum silikat, değişken miktarda kalsiyum oksit (CaO) ve silika (SiO ₂ ) içerebilir . Genel formülü:

xCaO • Ysio ₂ • zH ₂ O

burada x, y ve z, çeşitli değerlere sahip olabilen sayılardır.

CaO miktarı% 3 ve (kuru bazda ağırlık olarak)% 35 ve SiO arasında olmalıdır ₂ içeriği (kuru bazda ağırlık olarak)% 50-95 arasında olmalıdır. Susuz olabilirler (yapısında su olmadan, yani formülde z = 0) veya hidratlanabilirler (su konformasyonudur).

terminoloji

• Kalsiyum silikat
• Silisik asit kalsiyum tuzu
• Kalsiyum oksit ve silikon

Özellikleri

Fiziksel durum

Çok ince beyaz veya beyazımsı katı.

Moleküler ağırlık

Kalsiyum metasilikat CaO • SiO ₂ veya CaSiO ₃ = 116,16 g / mol

Erime noktası

Kalsiyum Metasilikat CaSiO ₃ = 1540 ° C

Yoğunluk

Kalsiyum Metasilikat CaSiO ₃ = 2.92 g / cc

Çözünürlük

Suda ve etanolde çözünmez.

pH

% 5 kalsiyum silikat ile hazırlanan bir çamurun pH'ı 8.4-12.5 olabilir.

Diğer özellikler

Kalsiyum silikat, silika dioksit formunda SiO kalsiyum oksit CaO şeklinde kalsiyum ve silis çeşitli oranlarda (molekül su olmadan) ya da susuz (molekül su ile) hidrate edilebilir ₂ .

Yüksek su emme kapasitesine sahiptir. Kalsiyum metasilikat (CaO • SiO ₂ veya CaSiO ₃ ) parlaklığı ve beyazlığı, düşük nem oranı, düşük uçucu içeriği ve iyi yağ emilimi ile öne çıkar.

CaSiO ₃ kalsiyum metasilikat . Ondřej Mangl / Kamu malı. Kaynak: Wikimedia Commons.

Kalsiyum silikat hidratlar arasında Ca ₂ SiO ₅ ve Ca ₃ SiO _5'e su ilave edilerek oluşanlar ayırt edilir . Bu iki bileşiğin hidratasyon ürünleri, belirli çimento türlerinde en bol olanıdır.

edinme

Kalsiyum silikat, silisli malzeme (kizelgur gibi) ve kalsiyum bileşikleri (kalsiyum hidroksit (Ca (OH) ₂ gibi)) reaksiyona sokularak çeşitli şekillerde yapılır .

Kalsiyum silikat, silika, kalsiyum oksit (CaO) (SiO kireçleştirilir örneğin hazırlanabilir ₂ yükseltilmiş sıcaklıklarda).

Reaksiyon 1: 1 molar oranda gerçekleştirildiğinde (bu, SiO _{2 ile} aynı sayıda CaO molekülü olduğu anlamına gelir ), kalsiyum metasilikat CaSiO ₃ veya CaO • SiO _{2 oluşur} :

CaO + SiO ₂ + ısı → CaSiO ₃

Uygulamalar

Tuğla elde etmede

Kalsiyum silikat üniteleri veya inşaat için tuğlalar ile yapılır. İnce silisli malzeme ve sönmemiş kireç veya sönmüş kireç ile elde edilirler. Tuğlaya farklı bir renk vermek için inert pigmentler eklenebilir.

Üniteler basınç altında kalıplanır ve otoklavda (buharlı fırın) 170 ° C'de 4-6 saat kürlenir. Kürleme sırasında kirecin bir kısmı silisli malzemeyle reaksiyona girerek tuğlayı bir arada tutan bir kalsiyum silikat hidrat oluşturur.

Kalsiyum silikat tuğlalar. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Kaynak: Wikimedia Commons.

Bununla birlikte, kalsiyum silikat tuğlalar, kil tuğlalara göre daha fazla genişleme ve büzülme eğilimindedir, bu da bazen duvarın çatlamasına neden olabilir.

Bu dikkat çekti ve potansiyel olarak tehlikeli kabul edildi.

Portland çimentosunda

Kalsiyum silikatlar, inşaat sektöründe yaygın olarak kullanılan bir malzeme olan Portland çimentosunun bir parçasıdır.

Portland çimentosu, esas olarak hidratlanmış kalsiyum silikatlardan ve kalsiyum sülfat CaSO _4'ten (alçıtaşı) oluşan malzemelerin toz haline getirilmesiyle üretilen bir hidrolik çimentodur .

Çimentolu yüzey. Çimento, bileşiminde kalsiyum silikatlar içerir. Yazar: Pexels. Kaynak: Pixabay.

Hidratlanmış kalsiyum silikat jeli oluşturan hidratasyon reaksiyonu nedeniyle hızla sertleşir. Bu, (suyun geçmesine izin vermeyen) güçlü, yoğun ve zayıf geçirgen bir malzeme ile sonuçlanır.

İçerdiği silikatlar trikalsiyum silikat Ca ₃ SiO ₅ veya 3CaO.SiO ₂ ve dikalsiyum silikat Ca ₂ SiO ₄ veya 2CaO.SiO _{2 dir} .

Radyoaktif çöpü hareketsiz hale getirmek için

Çimentodaki kalsiyum silikatlar ağırlıkça yüzde olarak değişebilir. Portland çimentosunun bileşimi, amaçlandığı inşaat yapısının türüne bağlı olarak değişebilir.

Bu çimentonun bazı türleri, insanlara veya çevreye zarar vermemesi için radyoaktif atıkları hareketsiz hale getirmek için kullanılır.

Binalar için bir izolatör olarak

Kalsiyum silikat, mineral köpük levhalar veya yalıtkan mineral levhalar elde etmek için kullanılır.

Kalsiyum silikat tabakalar. Achim Hering / CC TARAFINDAN (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Kaynak: Wikimedia Commons.

Bunlar duvarları nemden izole etmeye yarar. CaO ve SiO ₂ su ile karıştırılır ve% 3-6 selüloz eklenir, bu da kenarların esnekliğini ve stabilitesini artırır.

Ortaya çıkan çamur, kalıplara dökülür ve daha sonra otoklav adı verilen özel bir buharlı fırında yüksek basınç ve sıcaklıkta buharla ısıtılır.

Sonuç, tabakalar veya levhalar halinde kesilen ve suyu tutabilmesi için özel katkı maddeleri ile işlenen sert, çok ince gözenekli bir köpüktür.

Kalsiyum silikat köpüğü inşaat sektöründe özellikle duvarları yalıtmak ve neme karşı korumayı iyileştirmek için kullanılır, özellikle eski binaların tadilatında faydalıdır.

Metalurji endüstrisindeki kirliliği azaltmak için

Çelik üretiminden çıkan cüruf veya atıkta bulunan dikalsiyum silikat Ca ₂ SiO ₄ veya 2CaO.SiO ₂ , diğer metalürjik işlemlerden çıkan asit atıklarında çözünmüş metalleri çökeltmek için kullanılmıştır.

Çökeltme, çözünmüş metalin kabın dibine giden ve toplanabilen katı bir bileşiğin parçası haline gelmesi anlamına gelir.

Çelik endüstrisinden gelen bazı atıklar, metalleri asidik solüsyonlardan çökeltmek için yararlı olan kalsiyum silikatlara sahiptir. Yazar: Skeeze. Kaynak: Pixabay.

Çelik cürufunda bulunan Ca ₂ SiO ₄ , su ile reaksiyona girer ve diğer işlemlerden metallerin asit çözeltilerinin asitliğini nötralize etme yeteneğine sahip Ca (OH) ₂ üretir :

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

Nötrleştirmeye ek olarak, kalsiyum silikat bileşiği , kalsiyum iyonu Ca2 ⁺ ile değiştirilerek bazı M ²⁺ metal iyonlarını adsorbe edebilir . İşte bir taslak:

≡Si-O-Ca + M ²⁺ → ≡Si-OM + Ca ²⁺

Metali içeren katı bileşik daha sonra başka bir amaç için kullanılabilir ve atılmaz. Bu bir endüstriyel ekoloji örneğidir.

Biyomalzemelerde

Kalsiyum silikat seramikler 1990 yılından itibaren biyomateryal olarak test edilmeye başlanmıştır. Diğer materyallere göre üstün biyoaktiviteye sahip oldukları için kemik dokusunun rejenerasyonunda potansiyel kullanımları için çalışılmışlardır.

Bu, yeni kemik oluşumuna yol açan mekanizmalarda önemli bir rol oynayan silikona (Si) sahip olmalarına atfedilir.

Kalsiyum silikat bazlı simanlar, biyolojik sıvılara batırıldığında bir kalsiyum fosfat / apatit kaplama oluşumunu indükleme ve doku yenilenmesini destekleme kabiliyetine sahiptir.

Kalsiyum silikatlar, kemiklerin onarımına izin veren biyomateryaller için bir temel görevi görebilir. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Kaynak: Wikimedia Commons.

Bu nedenlerle kemik onarımı için uygun bir malzeme olarak kabul edilmektedir.

Biodentin içinde

Kalsiyum silikat, biodentinin bir parçasıdır. Diş perforasyonlarını, kemik rezorpsiyonlarını onarmak ve diş köklerinin uçlarını doldurmak için kullanılan bir malzemedir.

Biodentin, diğer malzemelerden daha yüksek mekanik mukavemete veya sertliğe sahip olan ve dentine benzer, düşük gözenekli bir biyoaktif çimentodur.

Kalsiyum silikatlar, dişlerdeki delikleri kapatmak için kullanılan malzemelerin bir parçasıdır. Jak / Kamu malı. Kaynak: Wikimedia Commons.

Trikalsiyum silikat (Ca ₃ SiO ₅ ), dikalsiyum silikat (Ca ₂ SiO ₅ ), kalsiyum karbonat (CaCO ₃ ) ve zirkonyum oksitten oluşur. Su ile karıştırıldığında kalsiyum silikatlar, bir süre sonra katılaşarak sert bir yapı oluşturan yapışkan hidratlı bir jel oluşturur.

Diş pulpasının hücreleri üzerinde olumlu bir etki yapar ve bağlarının gücü, mikro sertliği ve kompresyona karşı direncinin öne çıktığı dentinde köprü oluşumunu hızlandırır.

Dişleri iyileştirmek için kalsiyum silikatlı tüp. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Kaynak: Wikimedia Commons.

Diğer uygulamalar

Kalsiyum silikatlar ayrıca topaklanmayı önleyici maddeler ve filtre yardımcıları olarak kullanılır.

Kalsiyum metasilikat CaSiO ₃ , seramiklerde, araç frenleri ve debriyajları gibi bazı sürtünmenin gerekli olduğu cihazlarda ve metal elde edilmesinde kullanılır.

CaSiO ₃ , yüksek parlaklığı ve beyazlığı nedeniyle boya ve plastiklerin doldurulmasında kullanılır.

Referanslar

1. Ropp, RC (2013). Grup 14 (C, Si, Ge, Sn ve Pb) Alkalin Toprak Bileşikleri. Kalsiyum Silikatlar. Toprak Alkali Bileşikleri Ansiklopedisinde. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
2. FAO (2015). Kalsiyum silikat. 80 ° C'de hazır özellikleri ^inci JECFA (2015) ve FAO JECFA Monografları fao.org den kazanılan 17'de yayınlanan.
3. Harrisson, AM (2019). Portland Çimentosunun Yapısı ve Spesifikasyonu. Kalsiyum Silikat Hidrat. Lea's Chemistry of Cement and Concrete (Beşinci Baskı). Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
4. Gellert, R. (2010). Binalarda yalıtım için inorganik mineral malzemeler. Kalsiyum silikat köpük ve mineral köpük. Binalarda Enerji Verimliliği ve Termal Konfor için Malzemelerde. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
5. Goudouri, OM. et al. (2016). Biyoseramik yapı iskelelerinin bozunma davranışını karakterize eder. Apatit / vollastonit iskeleler. Doku İskelelerinin Karakterizasyonu ve Tasarımında. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
6. Rani, P. vd. (2019). Nanokompozitleri kapatan diş hamuru. Biodentin. Nanokompozit Malzemelerin Diş Hekimliğinde Uygulamalarında. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
7. Ingham, JP (2013). Beton ürünler. Kalsiyum silikat birimleri. Mikroskop Altındaki Jeomalzemelerde. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
8. Ojovan, MI ve Lee, WE (2005). Çimentoda Radyoaktif Atıkların Hareketsizleştirilmesi. Hidrolik Çimentolar. Nükleer Atık İmmobilizasyonuna Giriş. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
9. Ramachandra Rao, S. (2006). Metalurjik Atıklardan Kaynak Geri Kazanımı ve Geri Dönüşümü. Çözünmüş Metaller için Çökeltici Olarak Kalsiyum Silikat. Atık Yönetimi Serisinde. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
10. Prati, C. ve Gandolfi, MG (2015). Kalsiyum silikat biyoaktif simanlar: Biyolojik perspektifler ve klinik uygulamalar. Dent Mater, 2015 Nisan; 31 (4): 351-70. Ncbi.nlm.nih.gov'dan kurtarıldı.