- Struktur
- Nomenklatur
- Eigenschaften
- Körperlicher Status
- Molekulargewicht
- Schmelzpunkt
- Dichte
- Löslichkeit
- pH
- Andere Eigenschaften
- Erhalten
- Anwendungen
- Bei der Beschaffung von Ziegeln
- In Portlandzement
- Radioaktiven Müll immobilisieren
- Als Isolator für Gebäude
- Verringerung der Umweltverschmutzung in der metallurgischen Industrie
- In Biomaterialien
- Im Biodentin
- Andere Apps
- Verweise
Das Calciumsilicat ist der Name, der einer Gruppe chemischer Verbindungen zugeordnet wird, die aus Calciumoxid (CaO) und Siliciumdioxid (SiO 2 ) gebildet werden. Die allgemeine Formel dieser Verbindungen lautet xCaO · ySiO 2 · zH 2 O.
Sie sind weiße oder gelblich weiße Feststoffe. Sie können wasserfrei sein, dh ohne Wasser (H 2 O) in ihrer Struktur, oder sie können es enthalten. Sie sind Teil verschiedener Arten von Mineralien in der Natur.
Calciumsilikatmineral. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Public Domain. Quelle: Wikimedia Commons.
Calciumsilikate sind in Wasser unlöslich, aber wenn sie sich damit verbinden, bilden sie hydratisierte Gele (Materialien wie Gelatine), die nach dem Gerinnen sehr hart, widerstandsfähig und nahezu wasserdicht sind.
Dies hat zu ihrer Verwendung in der Bauindustrie geführt, da sie in Zement, Ziegeln und feuchtigkeitsisolierenden Platten verwendet werden. Sie sind auch Teil von Materialien zur Heilung von Perforationen in den Zähnen und wurden sogar für die Regeneration von Knochen, dh als Biomaterial, untersucht.
Sie wurden vorgeschlagen, um die durch einige metallurgische Industrien verursachte Verschmutzung zu verringern. Sie werden auch als Reibungsgeneratoren in Fahrzeugbremsen und Kupplungen eingesetzt.
Struktur
Calciumsilicat kann eine variable Menge an Calciumoxid (CaO) und Silica (SiO 2 ) enthalten. Die allgemeine Formel lautet:
xCaO • Ysio 2 • zH 2 O.
Dabei sind x, y und z Zahlen, die verschiedene Werte haben können.
Die Menge an CaO muss zwischen 3% und 35% (nach Trockengewicht) und der SiO 2 -Gehalt zwischen 50 und 95% (nach Trockengewicht) liegen. Sie können wasserfrei sein (ohne Wasser in seiner Struktur, dh z = 0 in der Formel) oder sie können hydratisiert sein (mit Wasser ist seine Konformation).
Nomenklatur
- Calciumsilicat
- Kieselsäure Calciumsalz
- Calciumoxid und Silizium
Eigenschaften
Körperlicher Status
Sehr feiner weißer oder cremefarbener Feststoff.
Molekulargewicht
Calciummetasilikat CaO • SiO 2 oder CaSiO 3 = 116,16 g / mol
Schmelzpunkt
Calciummetasilicat CaSiO 3 = 1540 ° C.
Dichte
Calciummetasilicat CaSiO 3 = 2,92 g / cm³
Löslichkeit
Unlöslich in Wasser und Ethanol.
pH
Ein mit 5% Calciumsilicat hergestellter Schlamm kann einen pH-Wert von 8,4-12,5 haben.
Andere Eigenschaften
Calciumsilicat kann mit verschiedenen Anteilen Calcium in Form von Calciumoxid CaO und Siliciumdioxid in Form von Siliciumdioxid SiO 2 hydratisiert (mit Wasser im Molekül) oder wasserfrei (ohne Wasser im Molekül) sein .
Es hat eine hohe Wasseraufnahmefähigkeit. Calciummetasilikat (CaO • SiO 2 oder CaSiO 3 ) zeichnet sich durch Brillanz und Weißgrad, niedrige Luftfeuchtigkeit, geringen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und gute Ölabsorption aus.
CaSiO 3 Calciummetasilicat . Ondřej Mangl / Public Domain. Quelle: Wikimedia Commons.
Unter den Calciumsilicathydraten werden diejenigen unterschieden, die durch Zugabe von Wasser zu Ca 2 SiO 5 und Ca 3 SiO 5 gebildet werden . Die Hydratationsprodukte dieser beiden Verbindungen kommen bei bestimmten Zementarten am häufigsten vor.
Erhalten
Calciumsilicat wird auf verschiedene Weise hergestellt, indem siliciumhaltiges Material (wie Kieselgur) und Calciumverbindungen (wie Calciumhydroxid (Ca (OH) 2 ) umgesetzt werden.
Calciumsilicat kann beispielsweise durch Kalzinieren von Calciumoxid (CaO) mit Siliciumdioxid (SiO 2 ) bei erhöhten Temperaturen hergestellt werden.
Wenn die Reaktion in einem Molverhältnis von 1: 1 durchgeführt wird (dies bedeutet, dass es die gleiche Anzahl von CaO-Molekülen wie SiO 2 gibt ), ergibt sich das Calciummetasilikat CaSiO 3 oder CaO • SiO 2 :
CaO + SiO 2 + Wärme → CaSiO 3
Anwendungen
Bei der Beschaffung von Ziegeln
Mit Kalziumsilikat werden Einheiten oder Ziegel für den Bau hergestellt. Sie werden mit feinem siliciumhaltigem Material und Branntkalk oder Kalkhydrat erhalten. Inerte Pigmente können hinzugefügt werden, um dem Ziegel eine andere Farbe zu verleihen.
Die Einheiten werden unter Druck geformt und in einem Autoklaven (Dampfofen) bei 170 ° C für 4-6 Stunden gehärtet. Während des Aushärtens reagiert ein Teil des Kalks mit dem siliciumhaltigen Material unter Bildung eines Calciumsilicathydrats, das den Ziegel zusammenhält.
Kalziumsilikatsteine. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Quelle: Wikimedia Commons.
Kalziumsilikatsteine neigen jedoch dazu, sich stärker auszudehnen und zu schrumpfen als Tonsteine, was manchmal zu Rissen im Mauerwerk führen kann.
Dies hat Aufmerksamkeit erregt und sie wurden als potenziell gefährlich angesehen.
In Portlandzement
Calciumsilikate sind Teil von Portlandzement, einem in der Bauindustrie weit verbreiteten Material.
Portlandzement ist ein hydraulischer Zement, der durch Pulverisieren von Materialien hergestellt wird, die hauptsächlich aus hydratisierten Calciumsilikaten und Calciumsulfat CaSO 4 (Gips) bestehen.
Oberfläche mit Zement. Zement enthält Calciumsilikate in seiner Zusammensetzung. Autor: Pexels. Quelle: Pixabay.
Es härtet schnell aufgrund der Hydratationsreaktion aus, die ein hydratisiertes Calciumsilikatgel erzeugt. Dies führt zu einem starken, dichten und schlecht durchlässigen Material (das kein Wasser durchlässt).
Die darin enthaltenen Silikate sind Tricalciumsilicat Ca 3 SiO 5 oder 3CaO.SiO 2 und Dicalciumsilicat Ca 2 SiO 4 oder 2CaO.SiO 2 .
Radioaktiven Müll immobilisieren
Die Kalziumsilikate in Zement können in ihrem Gewichtsprozentsatz variieren. Die Zusammensetzung von Portlandzement kann sich je nach Art der Baukonstruktion, für die er bestimmt ist, ändern.
Einige Arten dieses Zements werden verwendet, um radioaktive Abfälle zu immobilisieren, damit sie weder Menschen noch die Umwelt schädigen.
Als Isolator für Gebäude
Calciumsilikat wird verwendet, um Mineralschaumplatten oder isolierende Mineralplatten zu erhalten.
Calciumsilikatplatten. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Quelle: Wikimedia Commons.
Diese dienen dazu, die Wände vor Feuchtigkeit zu schützen. CaO und SiO 2 werden mit Wasser gemischt und 3-6% Cellulose werden zugegeben, was die Flexibilität und Stabilität der Kanten verbessert.
Der resultierende Schlamm wird in Formen gegossen und dann mit Dampf auf hohen Druck und hoher Temperatur in einem speziellen Dampfofen erhitzt, der als Autoklav bezeichnet wird.
Das Ergebnis ist ein starrer, sehr feinporiger Schaum, der in Platten oder Bretter geschnitten und mit speziellen Additiven behandelt wird, damit er Wasser abweisen kann.
Kalziumsilikatschaum wird im Bausektor verwendet, insbesondere um Wände zu isolieren und den Schutz vor Feuchtigkeit zu verbessern. Dies ist insbesondere bei der Renovierung von Altbauten nützlich.
Verringerung der Umweltverschmutzung in der metallurgischen Industrie
Dicalciumsilicat Ca 2 SiO 4 oder 2CaO.SiO 2, das in Schlacken oder Abfällen aus der Stahlherstellung gefunden wird, wurde verwendet, um gelöste Metalle in sauren Abwässern aus anderen metallurgischen Prozessen auszufällen.
Ausfällen bedeutet, dass das gelöste Metall Teil einer festen Verbindung wird, die zum Boden des Behälters gelangt und gesammelt werden kann.
Einige Abfälle aus der Stahlindustrie enthalten Calciumsilikate, die zur Ausfällung von Metallen aus sauren Lösungen nützlich sind. Verfasser: Skeeze. Quelle: Pixabay.
Das in Stahlschlacke vorhandene Ca 2 SiO 4 reagiert mit Wasser und erzeugt Ca (OH) 2, das den Säuregehalt saurer Metalllösungen aus anderen Prozessen neutralisieren kann:
2 Ca 2 SiO 4 + 4 H 2 O → 3CaO. 2SiO 2 .3H 2 O + Ca (OH) 2
Zusätzlich zur Neutralisation kann die Calciumsilicatverbindung einen Teil der M 2+ -Metallionen durch Austausch mit dem Calciumion Ca 2+ adsorbieren . Hier ist eine Übersicht:
≡Si-O-Ca + M 2+ → ≡Si-OM + Ca 2+
Die feste Verbindung, die das Metall enthält, kann dann für einen anderen Zweck verwendet werden und wird nicht verworfen. Dies ist ein Beispiel für industrielle Ökologie.
In Biomaterialien
Kalziumsilikatkeramiken wurden seit 1990 als Biomaterialien getestet. Sie wurden auf ihre mögliche Verwendung bei der Regeneration von Knochengewebe untersucht, da sie eine überlegene Bioaktivität als andere Materialien besitzen.
Dies wird auf die Tatsache zurückgeführt, dass sie Silizium (Si) enthalten, das eine wesentliche Rolle bei den Mechanismen spielt, die zur Bildung von neuem Knochen führen.
Zemente auf Kalziumsilikatbasis können beim Eintauchen in biologische Flüssigkeiten die Bildung einer Kalziumphosphat / Apatit-Beschichtung induzieren und die Geweberegeneration fördern.
Calciumsilikate können als Basis für Biomaterialien dienen, die die Reparatur von Knochen ermöglichen. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Quelle: Wikimedia Commons.
Aus diesen Gründen wird es als geeignetes Material für die Knochenreparatur angesehen.
Im Biodentin
Calciumsilikat ist Teil von Biodentin. Dies ist ein Material, das zur Reparatur von Zahnperforationen, Knochenresorptionen und als Füllung für das Ende der Zahnwurzeln verwendet wird.
Biodentin ist ein bioaktiver Zement mit geringer Porosität, der eine größere mechanische Festigkeit oder Härte als andere Materialien aufweist und dem Dentin ähnlich ist.
Calciumsilikate sind Teil von Materialien, die zum Abdecken von Perforationen in Zähnen verwendet werden. Jak / Public Domain. Quelle: Wikimedia Commons.
Es besteht aus Tricalciumsilicat (Ca 3 SiO 5 ), Dicalciumsilicat (Ca 2 SiO 5 ), Calciumcarbonat (CaCO 3 ) und Zirkonoxid. Kalziumsilikate bilden beim Mischen mit Wasser ein klebriges hydratisiertes Gel, das sich nach einiger Zeit verfestigt und eine harte Struktur bildet.
Es wirkt sich positiv auf die Zellen der Zahnpulpa aus und beschleunigt die Bildung von Brücken im Dentin, wo die Stärke seiner Bindungen, seine Mikrohärte und seine Beständigkeit gegen Kompression hervorstechen.
Tube mit Kalziumsilikat zur Heilung der Zähne. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Quelle: Wikimedia Commons.
Andere Apps
Calciumsilikate werden auch als Antibackmittel und Filterhilfsmittel verwendet.
Calciummetasilikat CaSiO 3 wird in Keramiken, in Vorrichtungen, bei denen eine gewisse Reibung erforderlich ist, wie Fahrzeugbremsen und -kupplungen, und zur Gewinnung von Metallen verwendet.
CaSiO 3 wird aufgrund seiner hohen Brillanz und Weißheit zum Befüllen von Farben und Kunststoffen verwendet.
Verweise
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