- Struttura
- Nomenclatura
- Proprietà
- Stato fisico
- Peso molecolare
- Punto di fusione
- Densità
- solubilità
- pH
- Altre proprietà
- Ottenere
- applicazioni
- Nell'ottenere mattoni
- In cemento Portland
- Per immobilizzare i rifiuti radioattivi
- Come isolante per edifici
- Per ridurre l'inquinamento nell'industria metallurgica
- Nei biomateriali
- Nella biodentina
- Altre app
- Riferimenti
Il silicato di calcio è il nome che viene assegnato a un gruppo di composti chimici formati da ossido di calcio (CaO) e silice (SiO 2 ). La formula generale di questi composti è xCaO • ySiO 2 • zH 2 O.
Sono solidi bianchi o bianco giallastri. Possono essere anidri, cioè senza acqua (H 2 O) nella loro struttura, oppure possono contenerla. Fanno parte di diversi tipi di minerali in natura.
Minerale di silicato di calcio. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Dominio pubblico. Fonte: Wikimedia Commons.
I silicati di calcio sono insolubili in acqua ma quando si uniscono ad essa formano gel idratati (materiali come la gelatina) che, dopo la cagliatura, sono molto duri, resistenti e quasi impermeabili.
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 curare le perforazioni nei denti e sono stati persino studiati per essere utilizzati 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.
Struttura
Il silicato di calcio può contenere una quantità variabile di ossido di calcio (CaO) e silice (SiO 2 ). La sua formula generale è:
xCaO • Ysio 2 • zH 2 O
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 2 deve essere compresa tra 50 e 95% (in peso su base secca). Possono essere anidri (senza acqua nella sua struttura, cioè z = 0 nella formula) oppure possono essere idratati (con l'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 2 o CaSiO 3 = 116,16 g / mol
Punto di fusione
Metasilicato di calcio CaSiO 3 = 1540 ° C
Densità
Metasilicato di calcio CaSiO 3 = 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 2 .
Ha un'elevata capacità di assorbimento d'acqua. Il metasilicato di calcio (CaO • SiO 2 o CaSiO 3 ) si distingue per la sua brillantezza e bianchezza, bassa umidità, basso contenuto volatile e buon assorbimento dell'olio.
CaSiO 3 metasilicato di calcio . Ondřej Mangl / Dominio pubblico. Fonte: Wikimedia Commons.
Tra gli idrati di silicato di calcio si distinguono quelli formati aggiungendo acqua a Ca 2 SiO 5 e Ca 3 SiO 5 . I prodotti di idratazione di questi due composti sono i più abbondanti in alcuni tipi di cemento.
Ottenere
Il silicato di calcio viene prodotto in vari modi reagendo materiale siliceo (come la farina fossile) e composti di calcio (come l'idrossido di calcio (Ca (OH) 2 ).
Il silicato di calcio può essere preparato ad esempio calcinando l'ossido di calcio (CaO) con silice (SiO 2 ) a temperature elevate.
Quando la reazione è condotta con un rapporto molare 1: 1 (ciò significa che ci sono lo stesso numero di molecole di CaO di SiO 2 ), il metasilicato di calcio CaSiO 3 o CaO • SiO 2 risulta :
CaO + SiO 2 + calore → CaSiO 3
applicazioni
Nell'ottenere mattoni
Con unità di silicato di calcio o mattoni per la costruzione sono realizzati. 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 una parte della calce reagisce con il materiale siliceo per formare un idrato di silicato di calcio, che tiene insieme il mattone.
Mattoni di silicato di calcio. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Fonte: Wikimedia Commons.
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 nel settore 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 CaSO 4 (gesso).
Superficie con cemento. Il cemento contiene silicati di calcio nella sua composizione. Autore: Pexels. Fonte: Pixabay.
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 Ca 3 SiO 5 o 3CaO.SiO 2 e silicato bicalcico Ca 2 SiO 4 o 2CaO.SiO 2 .
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 causino danni alle persone o all'ambiente.
Come isolante per edifici
Il silicato di calcio viene utilizzato per ottenere pannelli in schiuma minerale o pannelli minerali isolanti.
Fogli di silicato di calcio. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Fonte: Wikimedia Commons.
Questi servono per isolare le pareti dall'umidità. CaO e SiO 2 vengono miscelati con acqua e viene aggiunto il 3-6% di cellulosa, che migliora la flessibilità e la stabilità dei bordi.
Il fango risultante viene versato in stampi e quindi riscaldato con vapore ad alta pressione e temperatura in un apposito forno a vapore denominato autoclave.
Il risultato è una schiuma rigida a pori molto fini che viene tagliata in fogli o assi 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
Il silicato bicalcico Ca 2 SiO 4 o 2CaO.SiO 2 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.
Alcuni rifiuti dell'industria siderurgica contengono silicati di calcio utili per la precipitazione di metalli da soluzioni acide. Autore: Skeeze. Fonte: Pixabay.
Il Ca 2 SiO 4 presente nelle scorie di acciaio reagisce con l'acqua e produce Ca (OH) 2 che ha la capacità di neutralizzare l'acidità delle soluzioni acide dei metalli da altri processi:
2 Ca 2 SiO 4 + 4 H 2 O → 3CaO. 2SiO 2 .3H 2 O + Ca (OH) 2
Oltre a neutralizzare, il composto di silicato di calcio può adsorbire alcuni degli ioni metallici M 2+ scambiandosi con lo ione calcio Ca 2+ . Ecco uno schema:
≡Si-O-Ca + M 2+ → ≡Si-OM + Ca 2+
Il composto solido che contiene 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 perché possiedono una bioattività superiore rispetto ad altri materiali.
Ciò è attribuito al fatto che hanno silicio (Si), che gioca 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.
I silicati di calcio possono funzionare come base per biomateriali che consentono la riparazione delle ossa. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Fonte: Wikimedia Commons.
Per questi motivi è considerato un materiale adatto 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 le estremità delle radici dei denti.
Biodentin è un cemento bioattivo a bassa porosità che ha una maggiore resistenza meccanica o durezza rispetto ad altri materiali ed è simile alla dentina.
I silicati di calcio fanno parte dei materiali utilizzati per coprire le perforazioni nei denti. Jak / Dominio pubblico. Fonte: Wikimedia Commons.
È costituito da silicato tricalcico (Ca 3 SiO 5 ), silicato bicalcico (Ca 2 SiO 5 ), carbonato di calcio (CaCO 3 ) e ossido di zirconio. Quando miscelati con acqua, i silicati di calcio formano un gel idratato appiccicoso che si solidifica dopo un po 'creando una struttura dura.
Esercita un effetto positivo sulle cellule della polpa dentale e accelera la formazione di ponti nella dentina, dove spiccano la forza dei suoi legami, la sua microdurezza e la resistenza alla compressione.
Tubo con silicato di calcio per curare i denti. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Fonte: Wikimedia Commons.
Altre app
I silicati di calcio sono anche usati come agenti antiagglomeranti e coadiuvanti di filtrazione.
Il metasilicato di calcio CaSiO 3 viene utilizzato in ceramica, in dispositivi in cui è richiesto un certo attrito, come freni e frizioni di veicoli, e per ottenere metalli.
Grazie alla sua elevata brillantezza e bianchezza, CaSiO 3 viene utilizzato per riempire vernici e plastiche.
Riferimenti
- Ropp, RC (2013). Composti alcalino-terrosi del gruppo 14 (C, Si, Ge, Sn e Pb). Silicati di calcio. In Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Recupero da sciencedirect.com.
- FAO (2015). Silicato di calcio. Specifiche preparate durante l'80 ° JECFA (2015) e le monografie FAO JECFA pubblicate in 17. Recupero da fao.org.
- Harrisson, AM (2019). Costituzione e specifica del cemento Portland. Idrato di silicato di calcio. In Chemistry of Cement and Concrete (quinta edizione) di Lea. Recupero da sciencedirect.com.
- Gellert, R. (2010). Materiali minerali inorganici per l'isolamento degli edifici. Schiuma di silicato di calcio e schiuma minerale. In Materiali per l'efficienza energetica e il comfort termico negli edifici. Recupero da sciencedirect.com.
- Goudouri, OM. et al. (2016). Caratterizzare il comportamento di degradazione degli scaffold bioceramici. Ponteggi in apatite / wollastonite. Nella caratterizzazione e progettazione di impalcature tissutali. Recupero da sciencedirect.com.
- Rani, P. et al. (2019). Nanocompositi di incappucciamento della polpa dentale. Biodentin. Nelle applicazioni dei materiali nanocompositi in odontoiatria. Recupero da sciencedirect.com.
- Ingham, JP (2013). Prodotti concreti. Unità di silicato di calcio. In geomateriali al microscopio. Recupero da sciencedirect.com.
- Ojovan, MI e Lee, WE (2005). Immobilizzazione dei rifiuti radioattivi nel cemento. Cementi idraulici. In Un'introduzione all'immobilizzazione dei rifiuti nucleari. Recupero da sciencedirect.com.
- Ramachandra Rao, S. (2006). Recupero e riciclaggio delle risorse dai rifiuti metallurgici. Silicato di calcio come precipitante per metalli disciolti. Nella serie sulla gestione dei rifiuti. Recupero da sciencedirect.com.
- Prati, C. e Gandolfi, MG (2015). Cementi bioattivi di silicato di calcio: prospettive biologiche e applicazioni cliniche. Dent Mater, 2015 aprile; 31 (4): 351-70. Recupero da ncbi.nlm.nih.gov.