Силикат кальция плюс вода

Силикат кальция

Как долго вы сможете переливать эту смесь?

Проведите этот опыт с нашей подпиской!

Этот эксперимент, как и Химические водоросли и Химические медузы, входит в набор Искусственное море. Подпишитесь и получите всё, что понадобится для проведения этого эксперимента дома.

Реагенты

Безопасность

• Перед началом опыта наденьте защитные перчатки и очки.
• Проводите эксперимент на подносе.

• Не допускайте попадания химических реагентов в глаза или рот.
• Не допускайте к месту проведения экспериментов людей без защитных очков, а также маленьких детей и животных.
• Храните экспериментальный набор в месте, недоступном для детей младше 10 лет.
• Помойте или очистите всё оборудование и оснастку после использования.
• Убедитесь, что все контейнеры с реагентами плотно закрыты и хранятся по правилам после использования.
• Убедитесь, что все одноразовые контейнеры правильно утилизированы.
• Используйте только оборудование и реактивы, поставляемые в наборе или рекомендуемые текущими инструкциями.
• Если вы использовали контейнер для еды или посуду для проведения экспериментов, немедленно выбросьте их. Они больше не пригодны для хранения пищи.

• В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.
• В случае проглатывания реагентов промойте рот водой, выпейте немного чистой воды. Не вызывайте рвоту. Немедленно обратитесь к врачу.
• В случае вдыхания реагентов выведите пострадавшего на свежий воздух.
• В случае контакта с кожей или ожогов промывайте поврежденную зону большим количеством воды в течение 10 минут или дольше.
• В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химический реагент и контейнер от него.
• В случае травм всегда обращайтесь к врачу.

• Неправильное использование химических реагентов может вызвать травму и нанести вред здоровью. Проводите только указанные в инструкции эксперименты.
• Данный набор опытов предназначен только для детей 10 лет и старше.
• Способности детей существенно различаются даже внутри возрастной группы. Поэтому родители, проводящие эксперименты вместе с детьми, должны по своему усмотрению решить, какие опыты подходят для их детей и будут безопасны для них.
• Родители должны обсудить правила безопасности с ребенком или детьми перед началом проведения экспериментов. Особое внимание следует уделить безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
• Перед началом экспериментов очистите место проведения опытов от предметов, которые могут вам помешать. Следует избегать хранения пищевых продуктов рядом с местом проведения опытов. Место проведения опытов должно хорошо вентилироваться и находиться близко к водопроводному крану или другому источнику воды. Для проведения экспериментов потребуется устойчивый стол.
• Вещества в одноразовой упаковке должны быть использованы полностью или утилизированы после проведения одного эксперимента, т.е. после открытия упаковки.

Часто задаваемые вопросы

Да, так и должно быть. Гидроксид кальция малорастворим в воде. Чтобы полностью растворить такой объем гидроксида кальция, понадобилось бы почти 2 литра воды! К счастью, в этом опыте полное растворение не требуется: нужно лишь хорошенько смешать гидроксид кальция с водой.

При смешивании содержимого двух стаканчиков получается смесь, которая постепенно затвердевает. Этот переход из одного состояния в другое лучше всего наблюдать при переливании смеси. По этой же причине жидкое стекло мы сначала выливаем в отдельный стаканчик. Ведь если бы мы сразу добавили его к гидроксиду кальция, смесь затвердела бы слишком быстро.

Возможно, вы недостаточно хорошо размешали гидроксид кальция в воде. Из-за этого реакция могла протекать неравномерно или с большой задержкой. Повторите опыт, смешав реагенты более тщательно.

Другие эксперименты

Пошаговая инструкция

Подготовьте два стаканчика: один с раствором силиката натрия (его еще называют жидким стеклом), второй — с раствором гидроксида кальция.

Поначалу кажется, что после перемешивания жидкостей ничего не происходит.

Ожидаемый результат

При взаимодействии гидроксида кальция Ca(OH)₂ и силиката натрия Na₂Si₂O₃ образуется нерастворимый в воде силикат кальция CaO*SiO₃. Поэтому раствор фактически застывает в воздухе! Кстати, силикатом кальция обрабатывают поверхности для предотвращения пожаров. А еще его добавляют в некоторые цементы.

Утилизация

Твердые отходы эксперимента утилизируйте вместе с бытовым мусором.

Что произошло

Жидкое стекло — это растворенный в воде силикат натрия Na₂SiO₃ . Ион кальция Ca 2+ из Ca(OH)₂ легко замещает ион натрия Na + , из-за чего образуется практически нерастворимый в воде силикат кальция CaSiO₃ . Обычно это соединение выглядит как скучный белый порошок.

Но почему силикат кальция застыл в виде одного «куска», а не выпал в осадок? Ответ кроется в том, как именно образуется силикат кальция. Реакция происходит на поверхности маленьких частичек нерастворенного в воде Ca(OH)₂ . Эти частички обрастают игольчатыми кристаллами CaSiO₃ , которые сплетаются с соседними кристаллами, поглощая всю жидкость. Если поменять Ca(OH)₂ на что-то более растворимое (например, CaCl₂), получился бы тот же CaSiO₃, но уже в виде «обычного» белого осадка.

Как и в случае с силикатом кальция, такие разные на первый взгляд вещества, как мел, яичная скорлупа и мрамор – это одно то же химическое соединение — карбонат кальция CaCO₃. Но то, как именно образуется это соединение, сильно влияет на его внешний вид.

Что за соединение мы получили?

Материал, полученный в этом опыте, можно назвать пластиком.

Обычно пластики — это органические соединения. Они по большей мере состоят из связанных друг с другом атомов углерода и водорода. Однако, в нашем опыте получается пластик другой природы: в нем вообще нет углерода. Наш пластик сделан из кремния Si, кислорода O, натрия Na и кальция Ca. Главная реакция, которую мы использовали для получения этого материала — это соединение атомов кремния с атомами кислорода. Такое соединение часто можно встретить в силикатах. А так как силикаты — неорганические соединения, такие пластики называют неорганическими или силикатными.

Что такое жидкое стекло?

По большей части жидкое стекло состоит из силиката натрия Na₂SiO₃ и некоторых других схожих между собой силикатов натрия. Единственная разница в них — пропорции между атомами натрия Na, кремния Si и кислорода O. Жидкое стекло — это на самом деле стабильная форма раствора силиката натрия в воде.

Жидкое стекло — это неорганический полимер. Молекулы полимеров очень большие, но относительно простые: они состоят из огромного количества повторяющихся фрагментов (мономеров), соединенных друг с другом химическими связями. Полимер можно представить как цепочку, состоящую из большого количества идентичных элементов.

Однако жидкое стекло — это анионный полимер. При растворении в воде анионные полимеры образуют длинные отрицательно заряженные цепочки с соответствующим числом положительно заряженных ионов, окружающих их в растворе. В частности, жидкое стекло (которое на самом деле представляет собой силикат натрия Na₂SiO₃) состоит из полимерных анионов силиката (-Si-O-Si-O-) и ионов Na + , плавающих вокруг них в растворе.

Почему реакционная смесь затвердевает?

Смесь затвердевает из-за протекающей химической реакции между двумя главными компонентами: гидроксидом кальция Ca(OH)₂ и жидким стеклом (Na₂SiO₃). Вместе они образуют твердый, нерастворимый в воде материал. Этот материал очень напоминает обычное силикатное стекло, используемое в окнах, зеркалах, стаканах и т. д., которое состоит из связанных между собой кальция, натрия и ионов силиката.

Результат объясняется природой гидроксида кальция Ca(OH)₂. Если мы добавим другой источник кальция (например, CaCl₂), то получим твердый, хрупкий материал, который будет очень похож на песок.

В растворе не так уж много ионов кальция Ca 2+ . По сравнению с гидроксидами натрия Na или калия K, гидроксид кальция намного менее растворим в воде. И при его растворении в раствор переходит совсем небольшое количество ионов кальция Ca 2+ :

Вот почему наш материал образуется сравнительно медленно и одновременно во всей массе раствора.

В начале этого процесса образуются малюсенькие, но постоянно растущие, скопления нерастворимого силиката кальция. Постепенно между этими частицами формируются мостики, соединяя их в агрегат, который со временем занимает все пространство в растворе. Образующиеся мостики достаточно прочные, поэтому сформированные частицы не разваливаются обратно. В то же время мостики достаточно эластичные, поэтому в течение какого-то времени полученное соединение остается достаточно пластичным.

Представьте себе гибкие мостики в полученном стеклянистом материале следующим образом. Согнуть стеклянную палочку толщиной с карандаш просто невозможно — она разобьется (и не пытайтесь проделать это дома — слишком опасно!). Однако вполне можно согнуть стеклянную палочку, если она толщиной в нитку. Упомянутые мостики в ней гораздо тоньше, невидимые глазу, и они намного более гибкие. Более того, даже если некоторые мостики и сломаются из-за приложенного давления, это не сильно отразится на общей системе связей.

Еще очень важную роль в пластичности силикатного пластика играют молекулы воды. Они работают как временная «воздушная подушка», не позволяя образующимся агрегатам склеиться. На самом деле эти молекулы воды застревают в получающихся частицах силиката натрия. У них нет другого выбора, кроме как остаться на месте: силикат натрия кристаллизуется по всему объему раствора, сразу впитывая в себя всю воду.

Почему со временем материал теряет свою пластичность?

Со временем вода испаряется, и вещество высыхает. Сухой силикат кальция похож на белый песок.

Опять же, дело в воде. А точнее, в том, каким образом она испаряется. Постепенно материал высыхает, и молекулы воды больше уже не могут препятствовать слипанию частиц силиката кальция.

Более того, на вышеописанном образовании мостиков процесс не заканчивается. Ионы кальция Ca 2+ медленно проникают в раствор и прочно связывают растущие комки материала друг с другом. Вот почему свойства силикатного пластика становятся похожи на характеристики стеклянной палочки, которая скорее разобьется, чем согнется.

Можно ли обратить процесс высыхания и сделать материал снова пластичным?

Нет, не получится воссоздать этот материал, используя рассыпчатый силикат кальция. Полученный материал был пластичным частично из-за того, каким образом мы изготовили его из изначальных реагентов.

Подпишитесь на наборы MEL Chemistry и проведите эти опыты у себя дома!

Источник

Силикат кальция: свойства, строение, получение, применение.

Содержание:

В силикат кальция это название, данное группе химических соединений, образованных оксидом кальция (CaO) и кремнеземом (SiO₂). Общая формула этих соединений: xCaO • ySiO₂• zH₂ИЛИ.

Это белые или желтовато-белые твердые вещества. Они могут быть безводными, то есть без воды (H₂O) в своей структуре или может содержать его. В природе они входят в состав нескольких видов минералов.

Силикаты кальция нерастворимы в воде, но когда они соединяются с ней, они образуют гидратированные гели (такие материалы, как желатин), которые очень твердые, устойчивые и почти водонепроницаемые при застывании.

Это привело к их использованию в строительной отрасли, так как они используются в цементе, кирпиче и влагоизоляционных панелях. Они также являются частью материалов для заживления перфораций в зубах и даже были изучены для использования при регенерации костей, то есть в качестве биоматериала.

Они были предложены для уменьшения загрязнения, создаваемого некоторыми металлургическими предприятиями. Они также используются в качестве генераторов трения в тормозах и сцеплениях транспортных средств.

Состав

Силикат кальция может содержать различное количество оксида кальция (CaO) и кремнезема (SiO₂). Его общая формула:

где x, y и z — числа, которые могут иметь различные значения.

Количество CaO должно составлять от 3% до 35% (по массе в пересчете на сухое вещество), а содержание SiO₂ Оно должно составлять 50-95% (по весу в пересчете на сухое вещество). Они могут быть безводными (без воды в своей структуре, то есть в формуле z = 0) или могут быть гидратированными (вода является ее конформацией).

Номенклатура

• Силикат кальция
• Кальциевая соль кремниевой кислоты
• Оксид кальция и кремний

Свойства

Физическое состояние

Очень мелкое твердое вещество белого или не совсем белого цвета.

Молекулярный вес

Метасиликат кальция CaO • SiO₂ или CaSiO₃ = 116,16 г / моль

Температура плавления

CaSiO Метасиликат кальция₃ = 1540 ° С

Плотность

CaSiO Метасиликат кальция₃ = 2,92 г / см

Растворимость

Нерастворим в воде и этаноле.

pH

Грязь, приготовленная с 5% силикатом кальция, может иметь pH 8,4-12,5.

Другие свойства

Силикат кальция может быть гидратированным (с водой в молекуле) или безводным (без воды в молекуле) с различными пропорциями кальция в виде оксида кальция CaO и диоксида кремния в виде диоксида кремния SiO.₂.

Обладает высокой водопоглощающей способностью. Метасиликат кальция (CaO • SiO₂ или CaSiO₃) отличается блеском и белизной, низкой влажностью, низким содержанием летучих веществ и хорошей абсорбцией масла.

Среди гидратов силиката кальция есть те, которые образуются при добавлении воды к Ca₂да₅ и в Ca₃да₅. Продукты гидратации этих двух соединений наиболее распространены в определенных типах цемента.

Получение

Силикат кальция получают различными способами путем взаимодействия кремнистого материала (такого как диатомовая земля) и соединений кальция (таких как гидроксид кальция (Ca (OH))₂).

Силикат кальция можно получить, например, прокалив оксид кальция (CaO) с кремнеземом (SiO₂) при повышенных температурах.

Когда реакция проводится при мольном соотношении 1: 1 (это означает, что существует такое же количество молекул CaO, что и SiO₂) приводит к образованию метасиликата кальция CaSiO₃ o CaO • SiO₂:

Приложения

При получении кирпичей

Из силиката кальция изготавливаются блоки или кирпичи для строительства. Их получают из мелкодисперсного кремнеземистого материала и негашеной или гашеной извести. Можно добавить инертные пигменты, чтобы придать кирпичу другой цвет.

Блоки формуют под давлением и выдерживают в автоклаве (паровой печи) при 170 ° C в течение 4-6 часов. Во время отверждения часть извести вступает в реакцию с кремнеземистым материалом с образованием гидрата силиката кальция, который скрепляет кирпичи.

Однако кирпичи из силиката кальция имеют тенденцию к расширению и усадке больше, чем кирпичи из глины, что иногда может вызвать растрескивание кладки.

Это привлекло внимание, и они были признаны потенциально опасными.

В портландцементе

Силикаты кальция входят в состав портландцемента, который широко используется в строительной индустрии.

Портландцемент — это гидравлический цемент, который получают путем измельчения материалов, состоящих в основном из гидратированных силикатов кальция и сульфата кальция CaSO.₄ (бросать).

Он быстро затвердевает из-за реакции гидратации, в результате которой образуется гель гидратированного силиката кальция. В результате получается прочный, плотный и плохо проницаемый материал (который не пропускает воду).

Содержащиеся в нем силикаты представляют собой силикат трикальция Ca₃да₅ o 3CaO.SiO₂ и силикат дикальция Ca₂да₄ или 2CaO.SiO₂.

Обездвижить радиоактивный мусор

Силикаты кальция в цементе могут варьироваться по весу. Состав портландцемента может меняться в зависимости от типа строительной конструкции, для которой он предназначен.

Некоторые виды этого цемента используются для иммобилизации радиоактивных отходов, чтобы они не причиняли вреда людям или окружающей среде.

Как изолятор для зданий

Силикат кальция используется для получения плит из пенопласта или изоляционных плит из минерального сырья.

Они служат для изоляции стен от влаги. CaO и SiO смешиваются₂ с водой и добавлением 3-6% целлюлозы, что улучшает гибкость и стабильность кромок.

Образовавшийся шлам разливают в формы, а затем нагревают паром при высоком давлении и температуре в специальной паровой печи, называемой автоклавом.

В результате получается жесткая пена с очень мелкими порами, которую разрезают на листы или доски и обрабатывают специальными добавками, чтобы она могла отталкивать воду.

Пена силиката кальция используется в строительном секторе, особенно для утепления стен и улучшения защиты от влаги, особенно полезна при ремонте старых зданий.

Снизить загрязнение в металлургической промышленности

Дикальций силикат Ca₂да₄ или 2CaO.SiO₂ обнаруженный в шлаке или отходах производства стали, использовался для осаждения растворенных металлов в кислотных стоках других металлургических процессов.

Осаждение означает, что растворенный металл становится частью твердого соединения, которое идет на дно контейнера и может быть собрано.

CA₂да₄ присутствующий в стальном шлаке реагирует с водой и производит Ca (OH)₂ который обладает способностью нейтрализовать кислотность кислых растворов металлов от других процессов:

В дополнение к нейтрализации соединение силиката кальция может адсорбировать некоторые ионы металлов M 2+ обменом с ионом кальция Ca 2+ . Вот схема:

≡Si-O-Ca + M 2+ → ≡Si-O-M + Ca 2+

Твердое соединение, содержащее металл, затем можно использовать для другой цели и не выбрасывается. Это пример промышленной экологии.

В биоматериалах

Керамика из силиката кальция начала испытываться в качестве биоматериала с 1990 года. Ее изучали на предмет их потенциального использования в регенерации костной ткани, поскольку они обладают более высокой биологической активностью, чем другие материалы.

Это связано с тем, что они содержат кремний (Si), который играет важную роль в механизмах, которые приводят к образованию новой кости.

Цементы на основе силиката кальция обладают способностью вызывать образование покрытия из фосфата / апатита кальция при погружении в биологические жидкости и способствовать регенерации тканей.

По этим причинам он считается подходящим материалом для восстановления костей.

В биодентине

Силикат кальция входит в состав биодентина. Это материал, который используется для заживления перфораций зубов, резорбции кости и в качестве пломбы для концов корней зубов.

Биодентин — это биоактивный цемент с низкой пористостью, который обладает большей механической прочностью или твердостью, чем другие материалы, и похож на дентин.

Он состоит из силиката трикальция (Ca₃да₅), силикат дикальция (Ca₂да₅), карбонат кальция (CaCO₃) и оксид циркония. При смешивании с водой силикаты кальция образуют липкий гидратированный гель, который через некоторое время затвердевает, создавая твердую структуру.

Он оказывает положительное влияние на клетки пульпы зуба и ускоряет образование мостиков в дентине, где выделяются прочность сцепления, микротвердость и сопротивление сжатию.

Другие приложения

Силикаты кальция также используются в качестве агентов, препятствующих слеживанию, и фильтрующих добавок.

CaSiO метасиликат кальция₃ Он используется в керамике, в устройствах, где требуется трение, таких как автомобильные тормоза и сцепления, а также для получения металлов.

Благодаря высокой яркости и белизне CaSiO₃ Используется для заливки красок и пластмасс.

Ссылки

1. Ропп, Р. (2013). Группа 14 (C, Si, Ge, Sn и Pb) Щелочноземельные соединения. Силикаты кальция. В Энциклопедии соединений щелочноземельных металлов. Восстановлено с sciencedirect.com.
2. ФАО (2015). Силикат кальция. Технические характеристики подготовлены на 80 th JECFA (2015) и опубликовано в монографиях ФАО JECFA 17. Получено с fao.org.
3. Харриссон, А. (2019). Состав и спецификация портландцемента. Гидрат силиката кальция. В «Химии цемента и бетона» Ли (пятое издание). Восстановлено с sciencedirect.com.
4. Геллерт, Р. (2010). Неорганические минеральные материалы для утепления зданий. Пена силиката кальция и минеральная пена. В материалах для энергоэффективности и теплового комфорта в зданиях. Восстановлено с sciencedirect.com.
5. Гудури, ОМ. и другие. (2016). Cgaracterizing поведение биокерамических каркасов деградации. Каркасы из апатита / волластонита. В характеристике и дизайне тканевых каркасов. Восстановлено с sciencedirect.com.
6. Рани, П. и др. (2019). Нанокомпозиты для покрытия пульпы зубов. Биодентин. В применении нанокомпозитных материалов в стоматологии. Восстановлено с sciencedirect.com.
7. Ingham, J.P. (2013). Бетонные изделия. Агрегаты силиката кальция. В геоматериалах под микроскопом. Восстановлено с sciencedirect.com.
8. Охован, М. и Ли, W.E. (2005). Иммобилизация радиоактивных отходов в цемент. Гидравлические цементы. Во введении к иммобилизации ядерных отходов. Восстановлено с sciencedirect.com.
9. Рамачандра Рао, С. (2006). Восстановление и переработка ресурсов из отходов металлургии. Силикат кальция как осадитель растворенных металлов. В серии «Управление отходами». Восстановлено с sciencedirect.com.
10. Прати, К., Гандольфи, М. (2015). Биоактивные цементы из силиката кальция: биологические перспективы и клиническое применение. Dent Mater, 2015 апр; 31 (4): 351-70. Восстановлено с ncbi.nlm.nih.gov.

Что такое общая теория относительности? Определение и принципы

Атакаменьос: характеристики, религия, экономика, одежда

Источник