Силикат кальция — свойства, получение, применение

Силикат кальция: характеристика и применение

Силикат кальция – это неорганическое соединение, которое состоит из метакремниевой кислоты и соли кальция. Этот природный силикат состоит из мелких прозрачных кристаллов.

Особенности получения

Силикат кальция существует в настоящее время в виде нескольких типов, имеющих некоторые отличия в химическом составе.

Среди таких веществ можно выделить:

  • ортосиликат, который образует надежные химические соединения;
  • боросиликат, пиросиликат, используемые, как материал для огранки;
  • метасиликат, представленный в виде полевого шпата щелочного вида.

Свойства

Силикат кальция – это порошкообразное вещество, имеющее белый цвет. Эта соль не имеет ни запаха, ни вкуса. Этот природный силикат является отличным адсорбентом воды.

Силикат кальция добывают из земных недр, а также синтезируют из разнообразных природных минералов, включая полевой шпат, глины, слюду. Волластонит содержит силикат кальция. В данном соединении отсутствуют дополнительные примеси.

Оксид кальция, силикат кальция обладают высокой плотностью материала. Данные соединения устойчивы к существенному и продолжительному температурному нагреванию. Силикат кальция обладает низкой теплопроводностью, он легкий, имеет высокую пористость. Он практически полностью устраняет теплопередачу от непосредственного источника к материалу.

Данное соединение под воздействием сильных кислот легко разрушается, образуя соответствующую соль и кремниевую кислоту.

Например, в реакции с соляной кислотой образуется хлорид кальция (нормальная соль) и нерастворимая кремниевая кислота.

Изоляционные покрытия

Учитывая, что данное химическое соединение выдерживает температуру до 1000 градусов, получаемый из него материал используют для изоляции разнообразных узлов конструкции, изготовленной из воспламеняющихся материалов. Благодаря своей экологической безопасности, надежности теплоизоляционных свойств, силикат кальция применяют в качестве материалов, защищающих электрическую проводку, для изоляции каминов, печей, дымоходов.

Особенности строения

Силикат кальция, формула которого имеет вид Ca2SiO4, является ионным соединением. Оно в качестве пищевого эмульгатора Е552 широко используется для предотвращения комкования и скатывания пищевых продуктов. Довольно часто добавляют эмульгатор в специи и пряности, порошкообразные и сыпучие продукты, упаковываемые в фольгу.

Кроме того, данная пищевая добавка используется при изготовлении сыров и сырных продуктов, консервов, полуфабрикатов, сахаристых продуктов, кондитерских изделий.

Это вещество применяют в процессе изготовления биологически активных добавок, витаминных комплексов, лекарственных препаратов.

Карбонат силиката кальция в хлебопечении способствует улучшению вкуса, структуры и формы хлебобулочных изделий. В качестве добавочного соединения эта соль включена в состав сухого молока, пищевой соли, а также кондитерских дрожжей.

В современной медицине, косметологии данное неорганическое соединение применяют как компонент мазей, присыпок, пудры. Силикат синтетического происхождения необходим для добавки к цементу, стеклу, керамическим изделиям, глазури, шлакам, эмалям, вяжущим материалам.

В качестве пищевой добавки данное вещество разрешено к применению практически по всему миру. Есть некоторые ограничения в европейских санитарно-эпидемиологических стандартах относительно норм его использования.

В нашей стране эта соль запрещена к использованию по причине серьезного риска многочисленных побочных действий, а также из-за негативного воздействия данного вещества на организм.

Особенности волластонита

Данный минерал имеет белый цвет со слегка буроватым или сероватым оттенком. В нем содержится незначительное количество примесей в виде оксидов титана, железа, марганца. Волластонит не растворим в воде и органических соединениях, он вступает во взаимодействие с соляной кислотой.

Своему необычному названию минерал обязан английскому химику Уильяму Волластону, который и стал его первооткрывателем. В настоящее время в Соединенных Штатах Америки, Китае это соединение применяют в качестве заменителя асбеста, негативно воздействующего на организм человека. Кроме того, волластонит является отличной добавкой – наполнителем в современных пластических массах. Вещество востребовано в шинной, цветной, лакокрасочной, асбоцементной, керамической промышленности.

Он нужен для автомобилестроения, является наполнителем многих крупных узлов транспортного средства: подшипников, тормозных колодок. Волластонит используется в антикоррозийных составах, герметизации подземных сооружений.

Образуется он при глубинном и контактовом региональном метаморфизме природных известняков.

В настоящее время производство силиката кальция составляет порядка 800—1000 тысяч тонн в год. Разработка месторождений ведется в США, Сербии, России, Китае, Индии, Финляндии.

Силикат кальция

Силикат кальция – это природное неорганическое соединение, относящееся к группе кислотных солей. Оно возникает в результате химической реакции между кальцием и метакремниевой кислотой. Этот процесс протекает в природе самостоятельно, образуются минералы, из которых потом и добывают нужное вещество. Однако существуют и лабораторные методы получения синтетического аналога.

По своим физическим свойствам силикат кальция представляет собой белый мелкодисперсный порошок без ярко выраженного запаха и вкуса. Он обладает уникальным свойством поглощать и удерживать воду, то есть является веществом с очень высоким уровнем гигроскопичности. Поэтому применение силикат кальция нашел в пищевой, химической и фармацевтической промышленности. Это соединение эффективно препятствует комкованию и слипанию частиц различных сыпучих продуктов, кроме того, оно делает консистенцию эмульсий и красок более равномерной и гладкой.

Типы силиката кальция

Силикат кальция встречается в природе в составе многих минералов. Он залегает даже глубоко в земной коре, поэтому можно сказать, что это одно из самых распространенных природных неорганических соединений. В зависимости от особенностей структуры молекул, имеющихся примесей, времени и способа кристаллизации силикаты кальция подразделяются на четыре отдельных подтипа, обладающих некоторыми уникальными особенностями:

  • Ортосиликат – это самая устойчивая форма, которая в процессе химических реакций образует прочные соединения. Добывается из шенноита и кальциооливина. Такой подтип находит применение, в основном, в химической промышленности;
  • Пиросиликат – подтип, получаемый из минерала ранкинита, залежи которого образуются в горах на местах извержений вулканов. Такая форма вещества наиболее актуальна при производстве цементных смесей и прочих отвердевающих строительных материалов;
  • Боросиликат, как видно из названия, содержит примесь бора. Эта природная форма силиката кальция обладает большой прочностью и твердостью, что позволяет использовать ее в ювелирном деле для огранки драгоценных и полудрагоценных камней;
  • Метасиликат – чистая форма вещества, без каких-либо примесей. В природе встречается в виде минерала волластонита. Именно из метасиликата получают пищевую добавку, имеющую международный код Е552 и используемую в качестве эмульгатора.

Применение силиката кальция

При производстве сыпучих пищевых продуктов неизбежно встает вопрос о сохранении их структуры в течение длительного срока. Поэтому приправы, пряности, сухое молоко, порошковое картофельное пюре, кондитерские дрожжи пытаются защитить от влаги. Если вода проникнет в упаковку, такие продукты потеряют товарный вид – они соберутся некрасивыми комками и частично растворятся. Выхода только два: либо использовать вакуумную упаковку, либо добавлять в состав вещество, препятствующее комкованию. Угадайте, что дешевле? Конечно же, использование специальных пищевых добавок, к которым относится, в том числе, силикат кальция Е552.

Это соединение используется также при производстве хлебобулочных изделий, овощных, мясных и рыбных консервов, мягких и твердых сыров, полуфабрикатов. Оно позволяет придать продуктам более однородную консистенцию и сохранить товарный вид надолго. Выпечка получается пышной, а сыры становятся мягкими, эластичными и аппетитными. В консервах каждый кусочек имеет правильную форму и не распадается на отдельные волокна.

В фармацевтической промышленности силикат кальция тоже активно применяется. Его добавляют в состав детских присыпок, сухих коктейлей для похудения, противопростудных порошков, шипучих витаминов и биологически активных добавок. При производстве косметики силикат кальция тоже очень актуален: он не дает портиться пудре для лица и помогает кремам сохранять гладкую, приятную консистенцию.

Это же вещество, синтезированное искусственным путем, активно используется при производстве керамической посуды, цемента, бетона, стекла, лакокрасочных изделий, резины и бумаги. Оно обеспечивает правильную структуру, нужную скорость застывания и высокую прочность.

Вред силиката кальция

Согласно международным санитарно-эпидемиологическим нормам, силикат кальция является природным минеральным веществом, не представляющим никакой угрозы для человеческого организма. Он был хорошо изучен европейскими и американскими учеными, и вывод сделан однозначный: вреда силикат кальция здоровью не наносит, если его концентрация в продуктах питания не превышает установленных норм.

Такой точки зрения придерживается правительство большинства цивилизованных государств мира, однако опыт использования этого эмульгатора в пищевой промышленности еще недостаточно длительный, чтобы можно было рассуждать о его безопасности с полной уверенностью. Ученые установили лишь тот факт, что силикат кальция не токсичен, и по идее не должен вредить человеку. Но как регулярное употребление этой добавки сказывается на работе всех органов и систем (и сказывается ли вообще), на данный момент неизвестно, поскольку соответствующие исследования проведены не были.

Читайте также:  Ксантановая камедь - вред, свойства, применение

Руководствуясь принципом «не навреди», правительство нашей страны исключило силикат кальция Е552 из списка пищевых добавок, разрешенных к применению на территории Российской Федерации. Существует немало аналогов, свойства которых тщательно изучены. Поэтому нет никакого смысла рисковать здоровьем людей в угоду новым тенденциям в пищевой промышленности.

CHEMEGE.RU

Подготовка к ЕГЭ по химии и олимпиадам

Химия кремния

Кремний

Положение в периодической системе химических элементов

Кремний расположен в главной подгруппе IV группы (или в 14 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение кремния

Электронная конфигурация кремния в основном состоянии :

+14Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Электронная конфигурация кремния в возбужденном состоянии :

+14Si * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3

Атом кремния содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии.

Степени окисления атома кремния — от -4 до +4. Характерные степени окисления -4, 0, +2, +4.

Физические свойства, способы получения и нахождение в природе кремния

Кремний — второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Встречается только в виде соединений. Оксид кремния SiO2 образует большое количество природных веществ – горный хрусталь, кварц, кремнезем.

Простое вещество кремний – атомный кристалл темно-серого цвета с металлическим блеском, довольно хрупок. Температура плавления 1415 °C, плотность 2,33 г/см 3 . Полупроводник.

Качественные реакции

Качественная реакция на силикат-ионы SiO3 2- — взаимодействие солей-силикатов с сильными кислотами . Кремниевая кислота – слабая. Она легко выделяется из растворов солей кремниевой кислоты при действии на них более сильными кислотами.

Например , если к раствору силиката натрия прилить сильно разбавленный раствор соляной кислоты, то кремниевая кислота выделится не в виде осадка, а в виде геля. Раствор помутнеет и «застынет».

Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2 NaCl

Видеоопыт взаимодействия силиката натрия с соляной кислоты (получение кремниевой кислоты) можно посмотреть здесь.

Соединения кремния

Основные степени окисления кремния +4, 0 и -4.

Наиболее типичные соединения кремния:

Степень окисленияТипичные соединения
+4оксид кремния (IV) SiO2

бинарные соединения с неметаллами (карбид кремния SiC)

-4силан SiH4

силициды металлов (силицид натрия Na4Si)

Способы получения кремния

В свободном состоянии кремний был получен Берцелиусом в 1822 г. Его латинское название «силиций» произошло от латинского слова « sile х», что означает «кремень». Аморфный кремний в лаборатории можно получить при прокаливании смеси металлического магния с диоксидом кремния. Для опыта диоксид кремния следует тщательно измельчить. При нагревании смеси начинается бурная реакция. Одним из продуктов этой реакции является аморфный кремний.

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

Еще один способ получения кремния в лаборатории — восстановление из оксида алюминием:

В промышленности использовать дорогие алюминий и магний неэффективно, поэтому используют другие, более дешевые способы:

1. Восстановление из оксида коксом в электрических печах:

SiO2 + 2C → Si + 2CO

Однако в таком процессе процессе образующийся кремний загрязнен примесями карбидов кремния, и для производства, например, микросхем уже не подходит.

2. Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния водородом при 1200 °С:

SiCl4 +2H2 → Si + 4HCl

или цинком :

SiCl4 + 2Zn → Si + 2ZnCl2

3. Также чистый кремний получается при разложении силана :

Химические свойства

При нормальных условиях кремний существует в виде атомного кристалла, поэтому химическая активность кремния крайне невысокая.

1. Кремний проявляет свойства окислителя (при взаимодействии с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя (при взаимодействии с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому кремний реагирует и с металлами , и с неметаллами .

1.1. При обычных условиях кремний реагирует с фтором с образованием фторида кремния (IV):

При нагревании кремний реагирует с хлором, бромом, йодом :

1.2. При сильном нагревании (около 2000 о С) кремний реагирует с углеродом с образованием бинарного соединения карбида кремния (карборунда):

C + Si → SiC

При температуре выше 600°С взаимодействует с серой:

Si + 2S → SiS2

1.3. Кремний не взаимодействет с водородом .

1.4. С азотом кремний реагирует в очень жестких условиях:

1.5. В реакциях с активными металлами кремний проявляет свойства окислителя. При этом образуются силициды:

2Ca + Si → Ca2Si

Si + 2Mg → Mg2Si

1.6. При нагревании выше 400°С кремний взаимодействует с кислородом :

2. Кремний взаимодействует со сложными веществами:

2.1. В водных растворах щелочей кремний растворяется с образованием солей кремниевой кислоты. При этом щелочь окисляет кремний.

2.2. Кремний не взаимодействует с водными растворами кислот , но аморфный кремний растворяется в плавиковой кислоте с образованием гексафторкремниевой кислоты :

При обработке кремния безводным фтороводородом комплекс не образуется:

С хлороводородом кремний реагирует при 300 °С, с бромоводородом – при 500 °С.

2.3. Кремний растворяется в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот :

3Si + 4HNO3 + 12HF → 3SiF4 + 4NO + 8H2O

Бинарные соединения кремния

Силициды металлов

Силициды – это бинарные соединения кремния с металлами, в которых кремний имеет степень окисления -4. Химическая связь в силицидах металлов — ионная.

Силициды, как правило, легко гидролизуются в воде или в кислой среде.

Например , силицид магния разлагается водой на гидроксид магния и силан:

Соляная кислота легко разлагает силицид магния:

Получают силициды сплавлением простых веществ или восстановлением смеси оксидов коксом в электропечах:

2Mg + Si → Mg 2 Si

2MgO + SiO2 + 4C → Mg2Si + 4CO

Силан

Силан – это бинарное соединение кремния с водородом SiH4, ядовитый бесцветный газ.

Если поместить порошок силицида магния в очень слабый раствор соляной кислоты, то на поверхности раствора образуются пузырьки газа. Они лопаются и загораются на воздухе. Это горит силан. Он образуется при взаимодействии кислоты с силицидом магния:

Видеоопыт получения силана из силицида магния можно посмотреть здесь.

На воздухе силан горит с образованием SiO2 и H2O:

Видеоопыт сгорания силана можно посмотреть здесь.

Силан разлагается водой разлагается с выделением водорода:

Силан разлагается (окисляется) щелочами :

Силан при нагревании разлагается :

Карбид кремния

В соединениях кремния с неметаллами — ковалентная связь.

Рассмотрим карбид кремния – карборунд Si +4 C -4 . Это вещество с атомной кристаллической решеткой. Он имеет структуру, подобную структуре алмаза и характеризуется высокой твердостью и температурой плавления, а также высокой химической устойчивостью.

Карборунд окисляется кислородом при высокой температуре:

Карборунд окисляется кислородом в расплаве щелочи :

Галогениды кремния

Хлорид и фторид кремния – галогенангидриды кремниевой кислоты.
SiCl4.

Получают галогениды кремния действием хлора на сплав оксида кремния с углем :

Галогениды кремния разлагаются водой до кремниевой кислоты и хлороводорода:

Хлорид кремния (IV) восстанавливается водородом :

SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl

Оксид кремния (IV)

Физические свойства и нахождение в природе

Оксид кремния (IV) – это твердое вещество с атомной кристаллической решеткой. В природе встречается в виде кварца, речного песка, кремнезема и прочих модификаций:

Химические свойства

Оксид кремния (IV) – типичный кислотный оксид . За счет кремния со степенью окисления +4 проявляет слабые окислительные свойства.

1. Как кислотный оксид, диоксид кремния (IV) взаимодействует с растворами и расплавами щелочей и в расплаве с основными оксидами . При этом образуются силикаты.

Например , диоксид кремния взаимодействует с гидроксидом калия:

Еще пример : диоксид кремния взаимодействует с оксидом кальция.

SiO2 + CaO → CaSiO3

2. Оксид кремния (IV) не взаимодействует с водой , т.к. кремниевая кислота нерастворима.

3. Оксид кремния (IV) реагирует при сплавлении с карбонатами щелочных металлов . При этом работает правило: менее летучий оксид вытесняет более летучий оксид из солей при сплавлении.

Например , оксид кремния (IV) взаимодействует с карбонатом калия. При этом образуется силикат калия и углекислый газ:

4. Из кислот диоксид кремния реагирует только с плавиковой или с газообразным фтороводородом :

5. При температуре выше 1000 °С оксид кремния реагирует с активными металлами , при этом образуется кремний.

Например , оксид кремния взаимодействует с магнием с образованием кремния и оксида магния:

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

При избытке восстановителя образуются силициды:

SiO2 + 4Mg → Mg2Si + 2MgO

6. Оксид кремния (IV) взаимодействует с неметаллами.

Например , оксид кремния (IV) реагирует с водородом в жестких условиях. При этом оксид кремния проявляет окислительные свойства:

Еще пример : оксид кремния взаимодействует с углеродом. При этом образуется карборунд и угарный газ:

SiO2 + 3С → SiС + 2СО

При сплавлении оксид кремния взаимодействует с фосфатом кальция и углем:

Кремниевая кислота

Строение молекулы и физические свойства

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде соединения общей формулы nSiO2•mH2O. Образует колоидный раствор в воде.

Метакремниевая H2SiO3 существует в растворе в виде полимера:

Способы получения

Кремниевая кислота образуется при действии сильных кислот на растворимые силикаты (силикаты щелочных металлов).

Например , при действии соляной кислоты на силикат натрия:

Видеоопыт получения кремниевой кислоты из силиката натрия можно посмотреть здесь.

Даже слабая угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из солей:

Химические свойства

1. Кремниевая кислота — нерастворимая. Кислотные свойства выражены очень слабо, поэтому кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами :

Например , кремниевая кислота реагирует с концентрированным гидркосидом калия:

2. При нагревании кремниевая кислота разлагается на оксид и воду :

Силикаты

Силикаты — это соли кремниевой кислоты. Большинство силикатов нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом».

Способы получения силикатов:

1 . Растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:

2. Сплавление с основными оксидами:

СаО + SiO2 → CaSiO3

3. Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия и кальция: Na2O·CaO·6SiO2.

Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na2CO3, известняка CaCO3 и белого песка SiO2:

Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb 2+ – хрусталь; Cr 3+ – имеет зеленую окраску, Fe 3+ – коричневое бутылочное стекло, Co 2+ – дает синий цвет, Mn 2+ – красновато-лиловый.

Силикат кальция

Приготовьте самозастывающую смесь!

Сделайте этот эксперимент дома

Этот эксперимент входит в набор Кальций, как и Кальциевое пламя и Светящийся мрамор. 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 12 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 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 12 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, именно так и должно быть. Гидроксид кальция малорастворим в воде. Чтобы полностью растворить данный объем гидроксида кальция, потребовалось бы почти 2 литра воды!

К счастью, для этого опыта не нужно полностью его растворять: требуется только хорошенько смешать гидроксид кальция с водой.

Как только вы смешиваете содержимое двух стаканчиков, получается смесь, которая будет постепенно затвердевать. Легче всего наблюдать этот переход из одного состояния в другое, постоянно переливая смесь. По этой же причине жидкое стекло нужно сначала вылить в отдельный стаканчик. Если добавить его прямо к гидроксиду кальция, то смесь затвердеет слишком быстро.

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

Другие эксперименты

Пошаговая инструкция

Подготовим два стакана: один с раствором силиката кальция (также известным как жидкое стекло), другой — с раствором гидроксида кальция.

Если две жидкости смешать, поначалу кажется, что 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

Утилизируйте твердые отходы эксперимента 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.

Почему получается пластик?

Полученный в этом опыте материал по своему поведению напоминает пластик: он гнется, но не ломается. Зачастую пластики — это органические соединения, то есть вещества, в которых атомы углерода и водорода связаны между собой. В этом опыте же об углероде речи не идет – есть кремний, кислород, натрий и кальций. Ключевую роль в застывании раствора играет именно сочетание кислорода и кремния. Такая комбинация чаще всего встречается в силикатах, поэтому можно сказать, что речь идёт о неорганическом, а конкретнее — силикатном пластике.

Почему реакционная смесь застывает?

К застыванию раствора приводит протекающая в нем химическая реакция. В ней участвуют два ключевых компонента: гидроксид кальция Ca(OH)2 и жидкое стекло (упрощенная формула Na2Si3O7). Вместе они постепенно образуют твердый прозрачный материал, который не растворяется в воде. Другими словами, этот материал во многом напоминает обычное силикатное стекло, состоящее из ионов натрия и кальция, а также силикат-ионов, сшитых между собой.

Почему застывшая капля пластична?

Стеклообразный материал невозможно получить без ионов кальция, а их в растворе совсем немного. Дело в том, что гидроксид кальция — в отличие от гидроксидов натрия или калия — очень слабо растворим в воде. При его диссоциации в раствор выходит очень мало ионов кальция Ca 2+ :

Поэтому стеклообразное вещество образуется очень медленно. Сначала формируются центры кристаллизации — маленькие, но постоянно растущие частички нерастворимого силиката. Постепенно между ними образуются тонкие мостики, которые в итоге соединяют большинство этих частичек в общую гроздь, проходящую вдоль всего раствора. С одной стороны, эти мостики достаточно прочные (капля не распадается), с другой — они гибкие (в течение достаточно долгого времени капля остается пластичной).

Пластичность этих мостиков, состоящих из стеклообразного вещества, можно объяснить следующей наглядной аналогией. Обычную стеклянную палочку толщиной с карандаш согнуть не так-то и просто — она скорее сломается. А вот стеклянную трубочку толщиной с нить вполне реально изогнуть под большим углом до того, как она сломается. Мостики являются еще более тонкими, чем видимая невооруженным глазом тонкая стеклянная нить, поэтому они демонстрируют еще бóльшую гибкость. Более того, даже если нажатие и сломает несколько таких мостиков, это несильно повредит целой сети.

Свою роль в пластичности играют и молекулы воды: подобно временной подушке безопасности, они удерживают грозди от слипания.

Почему материал теряет пластичность и становится хрупким?

С образованием мостиков процесс не останавливается: за счёт растворения гидроксида кальция ионы Ca 2+ медленно поступают в раствор, и частицы материала, становясь всё толще, надежно срастаются между собой. Поэтому свойства такого материала приближаются к свойствам обычной стеклянной палочки, которая скорее сломается, чем изогнется. Важен также и процесс испарения воды. Капля постепенно высыхает, и молекулы воды перестают препятствовать слипанию соседних «веток» в единой грозди.

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

Добавка Е 552: то ли вредная, то ли нет

Силикаты кальция пользуются спросом в строительной отрасли. Все чаще недорогим синтетическим продуктом заменяют канцерогенный асбест.

СанПиН включил вещество в список разрешенных в составе продуктов питания. Несмотря на статус добавки, врачи к добавке E 552 относятся настороженно. Серьезные исследования о влиянии продукта на здоровье не проводились.

Название продукта

Силикат кальция (международный вариант — Calcium Silicate) — официальное наименование добавки. В европейской кодификации вещество обозначено индексом Е 552 (Е–552).

  • кремнекислый кальций;
  • Calciumsilikat, немецкий;
  • silicate de calcium, французский.

Тип вещества

Добавка E 552 представляет собой кальциевые соли метакремниевой кислоты: ортосиликат, пиросиликат и другие. Принадлежит к группе стабилизаторов-эмульгаторов.

В природе чистый силикат кальция можно встретить в виде минерала волластонита.

В промышленном масштабе добавку получают сплавлением оксида кремния с углекислым кальцием или другими известными способами.

Свойства

ПоказательСтандартные значения
Цветбесцветный или белый
Составдиоксид кремния, оксид кальция примеси: фториды, оксиды серы, железа и другие; эмпирическая формула CaSiO3
Внешний видмелкий порошок или гранулы
Запахотсутствует
Растворимостьнерастворим в воде
Содержание основного веществане менее 71%
Вкусотсутствует
Плотность2,915 г/см 3
Другиенеустойчив к воздействию сильными кислотами; высокая способность к адсорбции воды

Упаковка

Силикат кальция расфасовывают в мешки из нестабилизированного полиэтилена и помещают в наружную тару:

  • картонно-навивные барабаны;
  • многослойные бумажные мешки;
  • мягкие контейнеры (бигбэг).

Применение

Достаточно ограниченно добавку E 552 применяют в российской пищевой промышленности для предотвращения слеживания и слипания сыпучих продуктов:

  • пряностей (основное использование);
  • сухого молока;
  • пекарских порошков и улучшителей теста;
  • соли и ее заменителей;
  • сахара.

Силикатом кальция обрабатывают поверхности кондитерских сахаристых изделий для предупреждения их слипания в процессе хранения.

Иногда вещество добавляют в пищевые красители в качестве наполнителя (например, в диоксид титана E 171 или оксиды железа Е 172).

В других странах эмульгатор-стабилизатор используют более широко. Добавку включают в состав тертых и нарезанных сыров, кондитерских желеобразных изделий, кисломолочных продуктов, мясных и рыбных консервов. Вещество выполняет функции загустителя, стабилизатора кислотности, наполнителя.

Эмульгатор Е 552 разрешен во всех странах. Безопасная дневная норма неопределена. В составе продуктов количество добавки колеблется от 10 до 30 г/кг.

В косметической отрасли и фармацевтике силикаты кальция входят в состав различных присыпок, гелей, мазей как вспомогательное вещество-разделитель и антислеживающий компонент.

На основе силиката кальция производят экологически безопасные теплоизоляционные изделия — вермикулит, суперИзол и другие. Утеплитель обладает неоспоримыми преимуществами:

  • небольшой вес;
  • химическая стойкость;
  • низкая теплопроводность;
  • термостабильность;
  • пожаробезопасность.

Ацетат натрия легко сделать в домашних условиях. Как это сделать, вы можете узнать из нашей статьи.

Какими свойствами обладает пищевая добавка Е425? Узнайте об этом здесь.

Польза и вред

Силикат кальция нетоксичен.

О вреде или безопасности вещества говорить сложно: исследования не проводились, четкая доказательная база отсутствует. В России добавку E 552 практически не используют.

Основные производители

Мировыми лидерами по производству силиката кальция являются:

В России добавку выпускает предприятие Скамол Рус (Ульяновская область), дочерняя фирма датской компании.

Интересный факт! Компания Unilever (Великобритания,Нидерланды) предложила собственную разработку — уникальную зубную пасту Regenerate Enamel Science Advanced Toothpaste. Производители позиционируют продукт как эффективный восстановитель эмали. В качестве основного вещества выступает «компонент современного цемента» — силикат кальция. Добавка Е 552, по мнению производителя, должна проникать в зубную ткань, насыщать ее минералами и стимулировать рост новых слоев. Потребителю обещают: зубная паста за 3 дня восстановит до 82% эмали.

Как неорганическое вещество проникнет сквозь белковые компоненты в зубную ткань, разработчики не сообщают.

Силикат кальция

Силикат кальция
Общие
Систематическое
наименование
Силикат кальция
Традиционные названияКремнекислый кальций
Хим. формулаCaSiO3, Ca2SiO4 и др.
Физические свойства
СостояниеБесцветные кристаллы
Молярная масса116,16 г/моль
Плотность2,905; 2,915 г/см³
Термические свойства
Т. плав.1544 °C
Давление пара0 ± 1 мм рт.ст. [1]
Оптические свойства
Показатель преломления1,61
Классификация
Рег. номер CAS1344-95-2
PubChem14941
SMILES
Кодекс АлиментариусE552
RTECSVV9150000
ChemSpider14235
Безопасность
Токсичностьирритант
Пиктограммы СГС

Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Силикат кальция — неорганическое вещество, соль щелочноземельного металла кальция и метакремниевой кислоты с формулой CaSiO3. Бесцветные кристаллы.

Содержание

Номенклатура

Известно большое количество силикатов кальция:

  • CaSiO3 — метасиликат или просто силикат кальция
  • Ca3Si2O7 — пиросиликат кальция
  • Ca2SiO4 — ортосиликат кальция
  • Около 30 гидросиликатов кальция

Т. н. цементные минералы: алит 3CaO*SiO2, белит 2CaO*SiO2.

Получение

  • Обменная реакция между растворимыми солями кальция и силикатами щелочных металлов:

C a C l 2 + N a 2 S i O 3 → C a S i O 3 ↓ + 2 N a C l +Na_<2>SiO_<3> > CaSiO_<3>downarrow +2NaCl>>>

  • В промышленных количествах получают сплавлением стехиометрических количеств карбоната кальция и оксида кремния:

C a C O 3 + S i O 2 → 950 − 1500 o C C a S i O 3 + C O 2 ↑ +SiO_<2> C>> CaSiO_<3>+CO_<2>uparrow >>>

  • В природе встречается минерал волластонит — практически чистый силикат кальция.

Физические свойства

Силикат кальция образует бесцветные кристаллы, нерастворимые в воде. Известен в нескольких полиморфных модификациях:

  • низкотемпературная β-модификация (минерал волластонит) — кристаллы триклинной сингонии, пространственная группа P 1 , параметры ячейки a = 0,794 нм, b = 0,732 нм, c = 0,707 нм, α = 90,03°, β = 95,37°, γ = 103,43°, Z = 6, плотность 2,905 г/см³.
  • при температурах выше 1125°С существует α-модификация — кристаллы триклинной сингонии, пространственная группа P 1 , параметры ячейки a = 0,690 нм, b = 1,178 нм, c = 1,965 нм, α = 90,00°, β = 90,80°, γ = 90,00°, Z = 8, плотность 2,915 г/см³.

Читайте также:  Консервант сорбиновая кислота Е200 - вред, применение
Ссылка на основную публикацию