แคลเซียมซิลิเกต: คุณสมบัติโครงสร้างการได้รับการใช้ประโยชน์ - เคมี - 2026

แคลเซียมซิลิเกตเป็นชื่อที่ได้รับมอบหมายให้กลุ่มของสารเคมีที่เกิดจากแคลเซียมออกไซด์ (CaO) และซิลิกา (SiO ₂ ) สูตรทั่วไปของสารประกอบเหล่านี้คือ xCaO • ySiO ₂ • zH ₂ O

เป็นของแข็งสีขาวหรือสีขาวอมเหลือง พวกมันสามารถเป็นแอนไฮไดรด์นั่นคือไม่มีน้ำ (H ₂ O) ในโครงสร้างของพวกมันหรืออาจมีมันอยู่ เป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุหลายประเภทในธรรมชาติ

แร่แคลเซียมซิลิเกต Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / โดเมนสาธารณะ ที่มา: Wikimedia Commons

แคลเซียมซิลิเกตไม่ละลายในน้ำ แต่เมื่อรวมเข้าด้วยกันจะก่อตัวเป็นเจลไฮเดรต (วัสดุเช่นเจลาติน) ซึ่งหลังจากการทำให้เป็นก้อนแล้วจะแข็งมากทนและเกือบจะกันน้ำได้

สิ่งนี้นำไปสู่การใช้ในอุตสาหกรรมการก่อสร้างเนื่องจากใช้ในปูนซีเมนต์อิฐและแผ่นฉนวนกันความชื้น นอกจากนี้ยังเป็นส่วนหนึ่งของวัสดุในการรักษารอยเจาะในฟันและยังได้รับการศึกษาเพื่อใช้ในการสร้างกระดูกใหม่นั่นคือเป็นวัสดุชีวภาพ

พวกเขาได้รับการเสนอให้ลดมลพิษที่เกิดจากอุตสาหกรรมโลหะบางส่วน นอกจากนี้ยังใช้เป็นตัวสร้างแรงเสียดทานในเบรกรถและคลัตช์

โครงสร้าง

แคลเซียมซิลิเกตสามารถมีแคลเซียมออกไซด์ (CaO) และซิลิกา (SiO ₂ ) ในปริมาณที่แปรผันได้ สูตรทั่วไปคือ:

xCaO • Ysio ₂ • zH ₂ O

โดยที่ x, y และ z คือตัวเลขที่มีค่าต่างๆได้

ปริมาณ CaO ต้องอยู่ระหว่าง 3% ถึง 35% (โดยน้ำหนักเมื่อเทียบกับของแห้ง) และเนื้อหา SiO ₂ต้องอยู่ระหว่าง 50-95% (โดยน้ำหนักเมื่อเทียบกับแบบแห้ง) พวกมันสามารถเป็นแอนไฮไดรด์ (โดยไม่มีน้ำในโครงสร้างนั่นคือ z = 0 ในสูตร) ​​หรือสามารถให้น้ำได้ (ด้วยน้ำเป็นโครงสร้างของมัน)

ศัพท์เฉพาะ

• แคลเซียมซิลิเกต
• เกลือแคลเซียมของกรดซิลิซิก
• แคลเซียมออกไซด์และซิลิกอน

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

ของแข็งสีขาวหรือสีขาวละเอียดมาก

น้ำหนักโมเลกุล

Calcium Metasilicate CaO • SiO ₂หรือ CaSiO ₃ = 116.16 g / mol

จุดหลอมเหลว

แคลเซียมเมตาซิลิเกต CaSiO ₃ = 1540 ° C

ความหนาแน่น

แคลเซียมเมตาซิลิเกต CaSiO ₃ = 2.92 กรัม / ซีซี

การละลาย

ไม่ละลายในน้ำและเอทานอล

พีเอช

โคลนที่เตรียมด้วยแคลเซียมซิลิเกต 5% สามารถมี pH 8.4-12.5

คุณสมบัติอื่น ๆ

แคลเซียมซิลิเกตสามารถไฮเดรท (ด้วยน้ำในโมเลกุล) หรือปราศจาก (ไม่มีน้ำในโมเลกุล) ที่มีสัดส่วนต่างๆของแคลเซียมในรูปแบบของแคลเซียมออกไซด์ CaO และซิลิกาในรูปแบบของก๊าซซิลิกา SiO ที่2

มีความสามารถในการดูดซึมน้ำสูง แคลเซียมเมตาซิลิเกต (CaO • SiO ₂หรือ CaSiO ₃ ) โดดเด่นในเรื่องความสดใสและความขาวความชื้นต่ำสารระเหยต่ำและการดูดซึมน้ำมันที่ดี

CaSiO ₃แคลเซียมเมตาซิลิเกต Ondřej Mangl / สาธารณสมบัติ ที่มา: Wikimedia Commons

ท่ามกลางความชุ่มชื้นแคลเซียมซิลิเกตเหล่านั้นเกิดขึ้นจากการเพิ่มน้ำกับ Ca ₂ SiO ₅และ Ca ₃ SiO ₅มีความโดดเด่น ผลิตภัณฑ์ให้ความชุ่มชื้นของสารประกอบทั้งสองนี้มีมากที่สุดในปูนซีเมนต์บางประเภท

การได้รับ

แคลเซียมซิลิเกตถูกสร้างขึ้นในรูปแบบต่างๆโดยการทำปฏิกิริยากับวัสดุซิลิเซียส (เช่นดินเบา) และสารประกอบแคลเซียม (เช่นแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Ca (OH) ₂ )

สามารถเตรียมแคลเซียมซิลิเกตได้โดยการเผาแคลเซียมออกไซด์ (CaO) กับซิลิกา (SiO ₂ ) ที่อุณหภูมิสูงขึ้น

เมื่อทำปฏิกิริยาที่อัตราส่วน 1: 1 โมลาร์ (ซึ่งหมายความว่ามีจำนวนโมเลกุลของ CaO เท่ากับ SiO ₂ ) แคลเซียมเมตาซิลิเกต CaSiO ₃หรือ CaO • SiO _{2 ผลลัพธ์} :

CaO + SiO ₂ + ความร้อน→ CaSiO ₃

การประยุกต์ใช้งาน

ในการรับอิฐ

ทำด้วยหน่วยแคลเซียมซิลิเกตหรืออิฐสำหรับการก่อสร้าง พวกเขาจะได้รับด้วยวัสดุเนื้อละเอียดและปูนขาวหรือปูนขาว สามารถเพิ่มเม็ดสีเฉื่อยเพื่อให้อิฐมีสีที่แตกต่างกัน

แม่พิมพ์ขึ้นรูปภายใต้ความกดดันและบ่มในหม้อนึ่งความดัน (เตาอบไอน้ำ) ที่ 170 ° C เป็นเวลา 4-6 ชั่วโมง ในระหว่างการบ่มปูนขาวบางส่วนจะทำปฏิกิริยากับวัสดุที่เป็นซิลิเกตเพื่อสร้างแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรตซึ่งยึดอิฐไว้ด้วยกัน

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

อย่างไรก็ตามอิฐแคลเซียมซิลิเกตมีแนวโน้มที่จะขยายตัวและหดตัวมากกว่าอิฐมอญซึ่งบางครั้งอาจทำให้เกิดการแตกร้าวของอิฐได้

สิ่งนี้ดึงดูดความสนใจและถือได้ว่าอาจเป็นอันตราย

ในปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์

แคลเซียมซิลิเกตเป็นส่วนหนึ่งของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมก่อสร้าง

ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เป็นปูนซีเมนต์ไฮดรอลิกที่ผลิตโดยวัสดุบดที่เกิดจากแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรตและแคลเซียมซัลเฟต CaSO ₄ (ยิปซั่ม)

พื้นผิวด้วยปูนซีเมนต์ ปูนซีเมนต์มีแคลเซียมซิลิเกตในองค์ประกอบ ผู้แต่ง: Pexels ที่มา: Pixabay

มันแข็งตัวเร็วเนื่องจากปฏิกิริยาไฮเดรชั่นที่สร้างเจลแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต ส่งผลให้ได้วัสดุที่แข็งแรงหนาแน่นและซึมผ่านได้ไม่ดี (ซึ่งไม่ให้น้ำผ่าน)

ซิลิเกตที่มีอยู่เป็น tricalcium ซิลิเกต Ca ₃ SiO ₅หรือ 3CaO.SiO ₂และไดแคลเซียมซิลิเกต Ca ₂ SiO ₄หรือ 2CaO.SiO 2

เพื่อตรึงขยะกัมมันตภาพรังสี

แคลเซียมซิลิเกตในปูนซีเมนต์อาจแตกต่างกันเป็นเปอร์เซ็นต์ตามน้ำหนัก องค์ประกอบของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับประเภทของโครงสร้างการก่อสร้างที่ต้องการ

ปูนซีเมนต์บางประเภทใช้ในการตรึงกากกัมมันตภาพรังสีเพื่อไม่ให้เกิดอันตรายต่อคนหรือสิ่งแวดล้อม

เป็นฉนวนสำหรับอาคาร

แคลเซียมซิลิเกตใช้เพื่อให้ได้แผ่นโฟมแร่หรือแผ่นแร่ฉนวน

แผ่นแคลเซียมซิลิเกต. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) ที่มา: Wikimedia Commons

สิ่งเหล่านี้ทำหน้าที่ป้องกันผนังจากความชื้น CaO และ SiO ₂ผสมกับน้ำและเติมเซลลูโลส 3-6% ซึ่งช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นและความมั่นคงของขอบ

กากตะกอนที่ได้จะถูกเทลงในแม่พิมพ์แล้วอุ่นด้วยไอน้ำที่ความดันและอุณหภูมิสูงในเตาอบไอน้ำพิเศษที่เรียกว่าหม้อนึ่ง

ผลลัพธ์ที่ได้คือโฟมที่มีความแข็งและละเอียดมากซึ่งตัดเป็นแผ่นหรือกระดานและผ่านการบำบัดด้วยสารเติมแต่งพิเศษเพื่อให้สามารถขับไล่น้ำได้

แคลเซียมซิลิเกตโฟมถูกนำมาใช้ในภาคการก่อสร้างโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อป้องกันผนังและปรับปรุงการป้องกันความชื้นซึ่งเป็นประโยชน์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการปรับปรุงอาคารเก่า

เพื่อลดมลภาวะในอุตสาหกรรมโลหะ

ไดแคลเซียมซิลิเกต Ca ₂ SiO ₄หรือ 2CaO SiO _{2 ที่}พบในตะกรันหรือของเสียจากการผลิตเหล็กถูกนำมาใช้เพื่อตกตะกอนโลหะที่ละลายในน้ำทิ้งจากกรดจากกระบวนการทางโลหะอื่น ๆ

การตกตะกอนหมายความว่าโลหะที่ละลายได้กลายเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบของแข็งที่ไปที่ด้านล่างของภาชนะและสามารถเก็บรวบรวมได้

ของเสียจากอุตสาหกรรมเหล็กบางส่วนมีแคลเซียมซิลิเกตที่เป็นประโยชน์สำหรับการตกตะกอนโลหะจากสารละลายที่เป็นกรด ผู้แต่ง: Skeeze ที่มา: Pixabay

Ca ₂ SiO _{4 ที่}มีอยู่ในตะกรันเหล็กทำปฏิกิริยากับน้ำและสร้าง Ca (OH) ₂ซึ่งมีความสามารถในการทำให้เป็นกลางความเป็นกรดของสารละลายกรดของโลหะจากกระบวนการอื่น ๆ :

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

นอกจากนี้ในการ neutralizing, สารประกอบแคลเซียมซิลิเกตสามารถดูดซับบางส่วนของ M ^{2 +}ไอออนของโลหะโดยแลกเปลี่ยนกับแคลเซียมไอออน Ca 2+ นี่คือโครงร่าง:

≡Si-O-Ca + ม²⁺ →≡Si-OM + Ca ²⁺

สารประกอบของแข็งที่มีโลหะสามารถนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นได้และจะไม่ถูกทิ้ง นี่คือตัวอย่างของนิเวศวิทยาอุตสาหกรรม

ในชีววัสดุ

เซรามิกแคลเซียมซิลิเกตเริ่มทดสอบเป็นวัสดุชีวภาพตั้งแต่ปี 2533 โดยได้รับการศึกษาถึงศักยภาพในการนำไปใช้ในการสร้างเนื้อเยื่อกระดูกใหม่เนื่องจากมีฤทธิ์ทางชีวภาพที่เหนือกว่าวัสดุอื่น ๆ

นี่เป็นผลมาจากการที่พวกมันมีซิลิกอน (Si) ซึ่งมีบทบาทสำคัญในกลไกที่นำไปสู่การสร้างกระดูกใหม่

ซีเมนต์ที่ใช้แคลเซียมซิลิเกตมีความสามารถในการก่อตัวของแคลเซียมฟอสเฟต / อะพาไทต์เคลือบเมื่อแช่ในของเหลวทางชีวภาพและส่งเสริมการสร้างเนื้อเยื่อใหม่

แคลเซียมซิลิเกตสามารถทำหน้าที่เป็นฐานของวัสดุชีวภาพที่ช่วยซ่อมแซมกระดูก https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) ที่มา: Wikimedia Commons

ด้วยเหตุผลเหล่านี้จึงถูกพิจารณาว่าเป็นวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการซ่อมแซมกระดูก

ในไบโอเดนไทน์

แคลเซียมซิลิเกตเป็นส่วนหนึ่งของไบโอเดนติน นี่คือวัสดุที่ใช้ในการซ่อมแซมการเจาะฟันการสลายตัวของกระดูกและการอุดปลายรากของฟัน

ไบโอเดนตินเป็นซีเมนต์ออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีความพรุนต่ำซึ่งมีความแข็งแรงเชิงกลหรือความแข็งมากกว่าวัสดุอื่น ๆ และคล้ายกับเนื้อฟัน

แคลเซียมซิลิเกตเป็นส่วนหนึ่งของวัสดุที่ใช้ปิดรอยปรุในฟัน จขกท / สาธารณสมบัติ. ที่มา: Wikimedia Commons

ประกอบด้วยไตรแคลเซียมซิลิเกต (Ca ₃ SiO ₅ ) ไดแคลเซียมซิลิเกต (Ca ₂ SiO ₅ ) แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO ₃ ) และเซอร์โคเนียมออกไซด์ เมื่อผสมกับน้ำแคลเซียมซิลิเกตจะก่อตัวเป็นเจลไฮเดรตเหนียวที่แข็งตัวหลังจากนั้นไม่นานจะสร้างโครงสร้างที่แข็งขึ้น

มีผลในเชิงบวกต่อเซลล์ของเยื่อฟันและเร่งการสร้างสะพานในเนื้อฟันซึ่งความแข็งแรงของพันธะความแข็งและความต้านทานต่อการบีบอัดนั้นโดดเด่น

หลอดที่มีแคลเซียมซิลิเกตรักษาฟัน Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) ที่มา: Wikimedia Commons

แอพอื่น ๆ

แคลเซียมซิลิเกตยังใช้เป็นสารป้องกันการจับตัวเป็นก้อนและช่วยกรอง

แคลเซียมเมตาซิลิเกต CaSiO ₃ใช้ในเซรามิกส์ในอุปกรณ์ที่ต้องใช้แรงเสียดทานเช่นเบรกรถและคลัตช์และในการรับโลหะ

เนื่องจากมีความสว่างและความขาวสูงจึงใช้CaSiO ₃ในการเติมสีและพลาสติก

อ้างอิง

1. Ropp, RC (2013). กลุ่มที่ 14 (C, Si, Ge, Sn และ Pb) สารประกอบอัลคาไลน์เอิร์ ธ แคลเซียมซิลิเกต ในสารานุกรมของสารประกอบอัลคาไลน์เอิร์ ธ . กู้คืนจาก sciencedirect.com.
2. FAO (2015). แคลเซียมซิลิเกต. ข้อมูลจำเพาะที่จัดทำขึ้นที่ 80 ^th JECFA (2015) และ FAO JECFA Monographs ที่ตีพิมพ์ในปี 17 กู้คืนจาก fao.org
3. Harrisson, น. (2019). รัฐธรรมนูญและคุณสมบัติของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ แคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต. ในเคมีปูนซีเมนต์และคอนกรีตของ Lea (ฉบับที่ห้า) กู้คืนจาก sciencedirect.com.
4. เกลเลิร์ต, อาร์. (2010). วัสดุแร่อนินทรีย์สำหรับฉนวนในอาคาร แคลเซียมซิลิเกตโฟมและมิเนอรัลโฟม ในวัสดุเพื่อประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความสบายในการระบายความร้อนในอาคาร กู้คืนจาก sciencedirect.com.
5. Goudouri, OM. และคณะ (2016) Cgaracterizing พฤติกรรมการย่อยสลายของโครงนั่งร้านชีวภาพ โครงอะพาไทต์ / wollastonite ในการกำหนดลักษณะและการออกแบบโครงนั่งร้านเนื้อเยื่อ กู้คืนจาก sciencedirect.com.
6. Rani, P. et al. (2019). เยื่อทันตกรรมสูงสุดที่กำหนดนาโนคอมโพสิต ไบโอเดนติน. ในการประยุกต์ใช้วัสดุนาโนคอมโพสิตทางทันตกรรม. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
7. อิงแฮม, JP (2013). ผลิตภัณฑ์คอนกรีต. หน่วยแคลเซียมซิลิเกต. ใน Geomaterials ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ กู้คืนจาก sciencedirect.com.
8. Ojovan, MI และ Lee, WE (2005) การตรึงของเสียกัมมันตภาพรังสีในปูนซีเมนต์ ซีเมนต์ไฮดรอลิก ในบทนำสู่การตรึงของเสียนิวเคลียร์. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
9. รามจันทราราว, ส. (2549). การกู้คืนและการรีไซเคิลทรัพยากรจากของเสียจากโลหะวิทยา แคลเซียมซิลิเกตเป็นสารตกตะกอนสำหรับโลหะละลาย ในชุดการจัดการขยะ กู้คืนจาก sciencedirect.com.
10. Prati, C. และ Gandolfi, MG (2015). แคลเซียมซิลิเกตซีเมนต์ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ: มุมมองทางชีววิทยาและการประยุกต์ใช้ทางคลินิก Dent Mater, 2015 เม.ย. ; 31 (4): 351-70. กู้คืนจาก ncbi.nlm.nih.gov