KALSIUM SILIKAT: SIFAT, STRUKTUR, PEROLEHAN, KEGUNAAN - KIMIA - 2025

The kalsium silikat adalah nama yang ditugaskan untuk kelompok senyawa kimia yang terbentuk dari kalsium oksida (CaO) dan silika (SiO ₂ ). Rumus umum senyawa ini adalah xCaO • ySiO ₂ • zH ₂ O.

Mereka adalah padatan putih atau kekuningan. Mereka bisa menjadi anhidrat, yaitu tanpa air (H ₂ O) dalam strukturnya, atau mereka dapat menahannya. Mereka adalah bagian dari beberapa jenis mineral di alam.

Mineral kalsium silikat. Dave Dyet http://www.shutterstone.com http://www.dyet.com / Domain publik. Sumber: Wikimedia Commons.

Kalsium silikat tidak larut dalam air tetapi ketika bergabung dengannya, mereka membentuk gel terhidrasi (bahan seperti gelatin) yang, setelah mengental, sangat keras, tahan dan hampir kedap air.

Hal ini menyebabkan penggunaannya dalam industri konstruksi, karena digunakan dalam semen, batu bata, dan panel isolasi kelembaban. Mereka juga merupakan bagian dari bahan untuk menyembuhkan perforasi pada gigi dan bahkan telah dipelajari untuk digunakan dalam regenerasi tulang, yaitu sebagai biomaterial.

Mereka telah diusulkan untuk mengurangi polusi yang ditimbulkan oleh beberapa industri metalurgi. Mereka juga digunakan sebagai generator gesekan pada rem dan kopling kendaraan.

Struktur

Kalsium silikat dapat mengandung sejumlah variabel kalsium oksida (CaO) dan silika (SiO ₂ ). Rumus umumnya adalah:

xCaO • Ysio ₂ • zH ₂ O

dimana x, y, dan z adalah bilangan yang dapat memiliki nilai yang bervariasi.

Jumlah CaO harus antara 3% dan 35% (berat pada basis kering) dan kandungan SiO ₂ harus antara 50-95% (berat pada basis kering). Mereka dapat bersifat anhidrat (tanpa air dalam strukturnya, yaitu z = 0 dalam rumus) atau dapat terhidrasi (dengan air adalah konformasinya).

Tata nama

• Kalsium silikat
• Garam kalsium asam silikat
• Kalsium oksida dan silikon

Properti

Keadaan fisik

Padatan putih sangat halus atau putih pudar.

Berat molekul

Kalsium meta- silikat CaO • SiO ₂ atau CaSiO ₃ = 116,16 g / mol

Titik lebur

Kalsium Metasilikat CaSiO ₃ = 1540 ° C

Massa jenis

Kalsium Metasilikat CaSiO ₃ = 2,92 g / cc

Kelarutan

Tidak larut dalam air dan etanol.

pH

Lumpur yang dibuat dengan 5% kalsium silikat dapat memiliki pH 8,4-12,5.

Sifat lainnya

Kalsium silikat dapat dihidrasi (dengan air dalam molekulnya) atau anhidrat (tanpa air dalam molekulnya) dengan berbagai proporsi kalsium dalam bentuk kalsium oksida CaO dan silika dalam bentuk silika dioksida SiO ₂ .

Ini memiliki kapasitas penyerapan air yang tinggi. Kalsium metasilikat (CaO • SiO ₂ atau CaSiO ₃ ) menonjol karena kecemerlangan dan keputihannya, kelembapan rendah, kandungan volatil rendah, dan penyerapan minyak yang baik.

CaSiO ₃ kalsium metasilikat . Ondřej Mangl / Domain publik. Sumber: Wikimedia Commons.

Di antara kalsium silikat hidrat, yang dibentuk dengan menambahkan air ke Ca ₂ SiO ₅ dan Ca ₃ SiO ₅ dibedakan . Produk hidrasi kedua senyawa ini paling melimpah pada jenis semen tertentu.

Memperoleh

Kalsium silikat dibuat dengan berbagai cara dengan mereaksikan bahan bersilika (seperti tanah diatom) dan senyawa kalsium (seperti kalsium hidroksida (Ca (OH) ₂ ).

Kalsium silikat dapat dibuat misalnya dengan mengkalsinasi kalsium oksida (CaO) dengan silika (SiO ₂ ) pada temperatur tinggi.

Ketika reaksi dilakukan pada rasio molar 1: 1 (ini berarti ada jumlah molekul CaO yang sama dengan SiO ₂ ), kalsium metasilikat CaSiO ₃ atau CaO • SiO _{2 menghasilkan} :

CaO + SiO ₂ + panas → CaSiO ₃

Aplikasi

Dalam mendapatkan batu bata

Dengan unit kalsium silikat atau batu bata untuk konstruksi dibuat. Mereka diperoleh dengan bahan mengandung silika halus dan kapur atau kapur terhidrasi. Pigmen inert dapat ditambahkan untuk memberikan warna berbeda pada bata.

Unit dicetak di bawah tekanan dan diawetkan dalam autoclave (oven uap) pada suhu 170 ° C selama 4-6 jam. Selama pengawetan beberapa kapur bereaksi dengan bahan mengandung silika untuk membentuk kalsium silikat hidrat, yang menyatukan batu bata.

Batu bata kalsium silikat. Holger.Ellgaard / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Namun, batu bata kalsium silikat cenderung mengembang dan menyusut lebih banyak daripada batu bata tanah liat, yang terkadang dapat menyebabkan retaknya pasangan bata.

Hal ini menarik perhatian dan dianggap berpotensi berbahaya.

Di semen Portland

Kalsium silikat adalah bagian dari semen Portland, yang merupakan material yang banyak digunakan dalam industri konstruksi.

Semen portland adalah semen hidrolik yang diproduksi dengan bahan penghancur yang terutama dibentuk dari kalsium silikat terhidrasi dan kalsium sulfat CaSO ₄ (gypsum).

Permukaan dengan semen. Semen mengandung kalsium silikat dalam komposisinya. Penulis: Pexels. Sumber: Pixabay.

Ini mengeras dengan cepat karena reaksi hidrasi yang menghasilkan gel kalsium silikat terhidrasi. Ini menghasilkan bahan yang kuat, padat, dan permeabelnya buruk (yang tidak membiarkan air masuk).

Silikat yang dikandungnya adalah trikalsium silikat Ca ₃ SiO ₅ atau 3CaO.SiO ₂ dan dikalsium silikat Ca ₂ SiO ₄ atau 2CaO.SiO ₂ .

Untuk melumpuhkan sampah radioaktif

Kalsium silikat dalam semen dapat bervariasi dalam persentase beratnya. Komposisi semen portland dapat berubah tergantung pada jenis struktur konstruksi yang diinginkan.

Beberapa jenis semen ini digunakan untuk melumpuhkan limbah radioaktif agar tidak membahayakan manusia atau lingkungan.

Sebagai isolator bangunan

Kalsium silikat digunakan untuk mendapatkan papan busa mineral atau papan mineral isolasi.

Lembaran kalsium silikat. Achim Hering / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Ini berfungsi untuk melindungi dinding dari kelembaban. CaO dan SiO ₂ dicampur dengan air dan 3-6% selulosa ditambahkan, yang meningkatkan fleksibilitas dan stabilitas tepi.

Lumpur yang dihasilkan dituang ke dalam cetakan dan kemudian dipanaskan dengan uap pada tekanan dan suhu tinggi dalam oven uap khusus yang disebut autoklaf.

Hasilnya adalah busa yang kaku dan berpori sangat halus yang dipotong menjadi lembaran atau papan dan diolah dengan aditif khusus sehingga dapat mengusir air.

Busa kalsium silikat digunakan di sektor konstruksi, terutama untuk mengisolasi dinding dan meningkatkan perlindungan terhadap kelembapan, berguna terutama dalam renovasi bangunan tua.

Untuk mengurangi polusi di industri metalurgi

Dicalcium silikat Ca ₂ SiO ₄ atau 2CaO.SiO _{2 yang} ditemukan dalam terak atau limbah dari produksi baja telah digunakan untuk mengendapkan logam terlarut dalam limbah asam dari proses metalurgi lainnya.

Pengendapan berarti logam terlarut menjadi bagian dari senyawa padat yang masuk ke dasar wadah dan dapat dikumpulkan.

Beberapa limbah dari industri baja memiliki kalsium silikat yang berguna untuk mengendapkan logam dari larutan asam. Penulis: Skeeze. Sumber: Pixabay.

Ca ₂ SiO _{4 yang} ada dalam slag baja bereaksi dengan air dan menghasilkan Ca (OH) _2, yang memiliki kemampuan untuk menetralkan keasaman larutan asam logam dari proses lain:

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

Selain menetralkan, senyawa kalsium silikat dapat mengadsorpsi beberapa ion logam M ²⁺ melalui pertukaran dengan ion kalsium Ca2 ⁺ . Ini garis besarnya:

≡Si-O-Ca + M ²⁺ → ≡Si-OM + Ca ²⁺

Senyawa padat yang mengandung logam kemudian dapat digunakan untuk tujuan lain dan tidak dibuang. Ini adalah contoh ekologi industri.

Dalam biomaterial

Keramik kalsium silikat mulai diuji sebagai biomaterial sejak tahun 1990. Potensi keramik tersebut telah diteliti untuk digunakan dalam regenerasi jaringan tulang karena memiliki bioaktivitas yang lebih unggul daripada bahan lainnya.

Ini dikaitkan dengan fakta bahwa mereka memiliki silikon (Si), yang memainkan peran penting dalam mekanisme yang mengarah pada pembentukan tulang baru.

Semen berbahan dasar kalsium silikat memiliki kemampuan untuk menginduksi pembentukan lapisan kalsium fosfat / apatit saat direndam dalam cairan biologis dan mendorong regenerasi jaringan.

Kalsium silikat dapat berfungsi sebagai bahan dasar biomaterial yang memungkinkan perbaikan tulang. https://www.scientificaimations.com/ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Karena alasan ini, bahan ini dianggap sebagai bahan yang cocok untuk perbaikan tulang.

Dalam biodentine

Kalsium silikat adalah bagian dari biodentin. Ini adalah bahan yang digunakan untuk memperbaiki perforasi gigi, resorpsi tulang dan sebagai pengisi ujung akar gigi.

Biodentin adalah semen bioaktif dengan porositas rendah yang memiliki kekuatan mekanik atau kekerasan lebih besar dari bahan lain dan mirip dengan dentin.

Kalsium silikat adalah bagian dari bahan yang digunakan untuk menutupi perforasi pada gigi. Jak / Domain publik. Sumber: Wikimedia Commons.

Ini terdiri dari trikalsium silikat (Ca ₃ SiO ₅ ), dikalsium silikat (Ca ₂ SiO ₅ ), kalsium karbonat (CaCO ₃ ) dan zirkonium oksida. Ketika dicampur dengan air, kalsium silikat membentuk gel terhidrasi lengket yang mengeras setelah beberapa saat menciptakan struktur yang keras.

Ini memberikan efek positif pada sel-sel pulpa gigi dan mempercepat pembentukan jembatan di dentin, di mana kekuatan ikatannya, kekerasan mikro dan ketahanannya terhadap kompresi menonjol.

Tabung dengan kalsium silikat untuk menyembuhkan gigi. Shaimaa Abdellatif / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Aplikasi lain

Kalsium silikat juga digunakan sebagai bahan anti penggumpalan dan alat bantu filter.

CaSiO ₃ kalsium metasilikat digunakan dalam keramik, pada perangkat yang memerlukan beberapa gesekan, seperti rem kendaraan dan kopling, dan untuk mendapatkan logam.

Karena kecerahan dan keputihannya yang tinggi, CaSiO ₃ digunakan dalam pengisi cat dan plastik.

Referensi

1. Ropp, RC (2013). Golongan 14 (C, Si, Ge, Sn, dan Pb) Senyawa Alkali Tanah. Kalsium Silikat. Dalam Ensiklopedia Senyawa Alkaline Earth. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
2. FAO (2015). Kalsium Silikat. Spesifikasi disiapkan pada Monograf JECFA ^ke- 80 (2015) dan FAO JECFA yang diterbitkan pada tahun 17. Diperoleh dari fao.org.
3. Harrisson, AM (2019). Konstitusi dan Spesifikasi Semen Portland. Kalsium Silikat Hidrat. Dalam Lea's Chemistry of Cement and Concrete (Edisi Kelima). Dipulihkan dari sciencedirect.com.
4. Gellert, R. (2010). Bahan mineral anorganik untuk insulasi pada gedung. Busa kalsium silikat dan busa mineral. Dalam Bahan untuk Efisiensi Energi dan Kenyamanan Termal di Gedung. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
5. Goudouri, OM. dkk. (2016). Mencirikan perilaku degradasi perancah bioceramic. Perancah apatite / wollastonite. Dalam Karakterisasi dan Desain Perancah Jaringan. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
6. Rani, P. dkk. (2019). Nanokomposit capping pulp gigi. Biodentin. Dalam Aplikasi Bahan Nanokomposit dalam Kedokteran Gigi. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
7. Ingham, JP (2013). Produk beton. Unit kalsium silikat. Dalam Geomaterial di Bawah Mikroskop. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
8. Ojovan, MI dan Lee, WE (2005). Imobilisasi Limbah Radioaktif dalam Semen. Semen Hidrolik. Dalam Pengantar Imobilisasi Limbah Nuklir. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
9. Ramachandra Rao, S. (2006). Pemulihan Sumber Daya dan Daur Ulang dari Limbah Metalurgi. Kalsium Silikat sebagai Presipitan Logam Terlarut. Dalam Seri Pengelolaan Sampah. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
10. Prati, C. dan Gandolfi, MG (2015). Semen bioaktif kalsium silikat: Perspektif biologi dan aplikasi klinis. Penyok Mater, 2015 Apr; 31 (4): 351-70. Dipulihkan dari ncbi.nlm.nih.gov.