КАЛЬЦИЯ СИЛИКАТЫ

Силикат кальция

• Гидроксид кальция
• Силикат натрия

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

Общие правила безопасности

• 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.

Информация о первой помощи

• 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.

Рекомендации для родителей

• 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.

Гидроксид кальция Ca(OH)2 не очень-то хорошо растворяется в воде. Это нормально?

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.

Зачем нужно постоянно переливать жидкость из одного стаканчика в другой?

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.

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…

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.

Утилизируйте твердые отходы эксперимента вместе с бытовым мусором.

Жидкое стекло — это растворенный в воде силикат натрия Na2SiO3 . Ион кальция Ca2+ 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 Ca2+:

Ca(OH)2 ⇄ Ca2+ + 2OH–

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.

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 Ca2+ 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.

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.

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.

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.

Calcium Silicate