Silicato di calcio
Il silicato di calcio è una sostanza inorganica che può presentarsi idrata o anidra con proporzioni variabili di calcio presente come ossido di calcio e di silicio presente come biossido di silicio. Infatti il termine silicato di calcio piò riferirsi a formule in cui proporzioni tra i due ossidi si trovano in proporzioni diverse.
Il silicato di calcio si presenta come una polvere di colore bianco poco solubile in acqua ed etanolo che tende ad assorbire acqua.
In forma idrata il silicato di calcio è il prodotto finale principale del processo di idratazione del cemento ed il maggior responsabile della resistenza del calcestruzzo. Inoltre il silicato di calcio idrato può influenzare direttamente la resistenza, il restringimento e lo scorrimento della pasta cementizia.
La formazione di silicato di calcio idrato è un processo complesso influenzato da vari fattori, tra cui il rapporto acqua-cemento, la temperatura e la composizione chimica del cemento utilizzato. La struttura del silicato di calcio idrato è caratterizzata da una disposizione a strati di ossido di calcio intercalati con catene di silicato composte da tetraedri di silicio-ossigeno collegati tra loro in modo lineare o ramificato.
Gli ioni calcio sono situati tra gli strati di silicato, bilanciando la carica negativa delle catene di silicato. Le molecole d’acqua sono incorporate all’interno della struttura, contribuendo all’idratazione e alle proprietà meccaniche
Tipi di silicato di calcio
La formula generale del silicato di calcio è x CaO· y SiO2 · z H2O in cui nel caso si presenta anidro z = 0
Larnite
Ha formula 2 CaO·SiO2 ovvero in modo equivalente Ca2SiO4. Sotto questa forma si trova nella larnite, minerale così denominato dal mineralogista britannico Cecil Edgar Tilley nel 1929 in onore della città di Larne, Irlanda del Nord, Regno Unito.
La larnite cristallizza ad alte temperature e si trova in calcari o zone chalk a contatto con rocce basaltiche fuse e ha una durezza, nella scala di Mohs pari a 6 e una densità di 3.28 g/cm3. Questo silicato di calcio, tecnicamente silicato bicalcico, è noto nella chimica del cemento come belite che è uno dei costituenti principali del clinker di Portland e spesso indicato come C2S.
La belite tende a idratarsi lentamente e pertanto è il principale responsabile della resistenza meccanica sul lungo periodo del cemento. La reazione si idratazione è esotermica e libera 263.6 kJ/kg dando luogo alla formazione di silicato di calcio idrato e idrossido di calcio:
2 Ca2SiO4 + 4 H2O → 3 CaO · 2 SiO2 · 3 H2O + Ca(OH)2
Alite
È un silicato di calcio che ha formula 3 CaO · SiO2 ovvero in modo equivalente Ca3SiO5 ed è pertanto un silicato tricalcico. Costituisce il componente principale del clinker di Portland e spesso indicato come C3S. contrariamente alla belite si idrata rapidamente ed è quindi il principale responsabile della resistenza meccanica iniziale del cemento.
La reazione è altamente esotermica e libera 523 kJ/kg e dà luogo alla formazione di silicato di calcio idrato e idrossido di calcio:
2 Ca3SiO5 + 6 H2O → 3 CaO·2 SiO2·3H2O + 3 Ca(OH)2
Il silicato tricalcico è termodinamicamente instabile al di sotto dei 1250°C, ma può essere mantenuto in uno stato metastabile a temperatura ambiente mediante raffreddamento rapido, infatti con un raffreddamento lento tende a trasformarsi in belite.
Rankinite
Il silicato di calcio che ha formula 3 CaO · 2 SiO2 ovvero in modo equivalente Ca3Si2O7 è presente nel minerale rankinite e in forma dimorfica nella kilchoanite. La rankinite è un minerale trasparente, traslucido e incolore che ha una durezza, nella scala di Mohs di 5.5 e una densità da 2.96 a 3.00 g/cm3.
Wollastonite
Il silicato di calcio che ha formula CaO·SiO2, ovvero in modo equivalente CaSiO3 è presente nella wollastonite minerale che deve il suo nome al chimico e mineralogista britannico che William Hyde Wollaston che scoprì il palladio e il rodio.
Ha una durezza nella scala di Mohs da 4.5 a 5 e una densità da 2.86 a 3.09 g/cm3. Si presenta di colore bianco, grigio-bianco, verde chiaro, rosato, marrone, rosso e giallo e utilizzata nella ceramica, nei prodotti di attrito, nella lavorazione dei metalli, negli stucchi per vernici, nelle materie plastiche e altro ancora.
Il silicato di calcio è comunemente usato come alternativa sicura all’amianto per materiali isolanti ad alta temperatura. Viene utilizzato nella protezione passiva dal fuoco e nell’ignifugazione come mattoni di silicato di calcio o nelle tegole.
Usi
Per la loro buona tenuta apicale, l’indurimento in presenza di umidità, biocompatibilità e bioattività, i materiali a base di silicato di calcio sono utilizzati in molte procedure endodontiche e di chirurgia orale. Il silicato di calcio idrato, unito alla cellulosa è utilizzato nei pannelli isolanti negli edifici.
Dopo una opportuna lavorazione si ottiene una schiuma rigida a pori fini e celle aperte che viene successivamente tagliata in pannelli e trattata con additivi speciali per conferirle proprietà idrofobiche. Grazie all’elevata azione capillare e alle proprietà idrotermiche del materiale, la schiuma può essere utilizzata per migliorare la protezione dall’umidità di abitazioni, in particolare quando si ristrutturano energeticamente vecchi edifici in cui la facciata esterna non è adatta per misure di isolamento. Inoltre, l’elevato pH di 10 inibisce la crescita di funghi.
Sotto forma di wollastonite viene utilizzato per rinforzare polimeri termoindurenti e termoplastici. È utilizzato come agente antiagglomerante per prevenire la formazione di grumi e per facilitare il confezionamento, il trasporto, la scorrevolezza e il consumo negli alimenti.
Pertanto è usato nel processo di produzione di farina, cioccolato e alimenti soffiati per rendere gli alimenti più facili da lavorare e conservare. Il silicato di calcio può migliorare l’acidità e il sapore degli alimenti, ed è spesso utilizzato per aromatizzare tè, caffè, cioccolato e altre bevande, rendendole più ricche e delicate.
Negli alimenti può regolare il pH in modo da mantenere un valore pH stabile. Può essere utilizzato in yogurt, succhi, marmellate e altri alimenti per prolungare la durata di conservazione degli alimenti ed evitare il loro deterioramento. Inoltre è usato negli integratori come fonte di calcio e di silicio. Grazie all’azione antiagglomerante è utilizzato anche nell’industria farmaceutica nelle formulazioni di farmaci.
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il 29 Dicembre 2024