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Articulo de referencia

Sal de Friedel

\nCalcium aluminium chlorohydrate \nCalcium aluminium chlorohydroxide \nCalcium aluminium oxychloride"},"Section1":{"wt":"{{Chembox Identifiers\n| CASNo = \n| DTXSID = DTXSID901...

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La sal de Friedel es un mineral intercambiador de aniones perteneciente a la familia de los hidróxidos dobles laminares (LDH). Tiene afinidad por aniones como el cloruro y el yoduro, y es capaz de retenerlos en cierta medida en su estructura cristalográfica.

Composición

La sal de Friedel es un hidróxido doble laminar (LDH) de fórmula general:

Ca 2 Al(OH) 6 (Cl, OH) · 2 H 2 O

o, más explícitamente, para un mineral LDH con carga positiva:

[Ca 2 Al(OH) 6 ] + (Cl – , OH – ) · 2 H 2 O      

o incorporando directamente moléculas de agua en la capa de hidróxido de Ca,Al:

[Ca 2 Al(OH) 6  ·  2  H 2 O] + (Cl – , OH – )   

donde los aniones cloruro e hidróxido ocupan el espacio interlaminar para compensar el exceso de cargas positivas.

En la notación del químico cementero (CCN), considerando que

2  OH −  ⇌  O 2−  +  H 2 O,

y duplicando toda la estequiometría , también podría escribirse en CCN de la siguiente manera:

3CaO · Al 2 O 3 · Ca(O,Cl 2 ) · 11 H 2 O

Una composición química simplificada con solo Cl – en el espacio interlaminar, y sin OH – , como:

Ca 2 Al(OH) 6 (Cl)  ·  2  H 2 O

También se puede escribir en notación de químicos cementeros como: [ 1 ]

3CaO · Al 2 O 3 · CaCl 2 · 10 H 2 O

La sal de Friedel se forma en cementos inicialmente ricos en aluminato tricálcico (C₃A ) . Los iones cloruro libres se unen directamente con los hidratos AFm (C₄AH₁₃ y sus derivados) para formar la sal de Friedel.

Importancia de la unión del cloruro en las fases AFm

La sal de Friedel desempeña un papel fundamental en la unión y retención de aniones cloruro en el cemento y el hormigón. Sin embargo, sigue siendo una fase poco comprendida dentro del sistema CaO–Al₂O₃– CaCl₂– H₂O . Un conocimiento suficiente del sistema de la sal de Friedel es esencial para modelar correctamente el transporte reactivo de iones cloruro en estructuras de hormigón armado afectadas por el ataque de cloruros y la corrosión del acero de refuerzo. También es importante evaluar la estabilidad a largo plazo de las lechadas de cemento Portland saturadas de sal que se utilizarán en estructuras de ingeniería expuestas al agua de mar o a salmuera concentrada, como es el caso del almacenamiento de residuos radiactivos en formaciones salinas profundas.

Otro motivo para estudiar las fases AFm y el sistema de sales de Friedel es su tendencia a unirse, atrapar e inmovilizar aniones tóxicos, como B(OH) − 4 , SeO 2− 3 , y SeO 2− 4 , o el radionúclido de larga vida 129 I − , en materiales cementicios. Su caracterización es importante para diseñar captadores de aniones y evaluar la capacidad de retención de barreras de hormigón y de hormigón utilizadas para la eliminación de residuos radiactivos.

Sorción de cloruro e intercambio aniónico en fases AFm

La sal de Friedel podría representarse inicialmente como una fase AFm en la que dos iones cloruro simplemente habrían reemplazado a un ion sulfato. Esta representación conceptual, basada en la intuición de un simple intercambio estequiométrico, resulta muy útil como recordatorio, pero es probable que un mecanismo tan simple no ocurra directamente y debe considerarse con precaución.

2 Cl − + 3CaO·Al 2 O 3 ·CaSO 4  ·  11  H 2 O → 3CaO·Al 2 O 3 ·CaCl 2 · 11 H 2 O + SO 2− 4       

De hecho, la realidad parece ser más compleja que un simple intercambio estequiométrico entre iones cloruro y sulfato en la estructura cristalina del AFm . En realidad, parece que los iones cloruro se adsorben electrostáticamente sobre la capa cargada positivamente [Ca₂Al ( OH) ₆  ·  2H₂O ] ⁺ del hidrato de AFm, o también podrían intercambiarse con iones hidróxido (OH⁻ ) también presentes en el espacio interlaminar. Por lo tanto, la reacción de intercambio simple y "aparente" presentada aquí anteriormente por razones de simplicidad no se corresponde con la realidad y es una representación demasiado simplificada. [ 2 ]

De manera similar, la sal de Kuzel podría formarse cuando solo 1 ion Cl – se intercambia con ⁠ 1 / 2 ⁠ SO 2− 4 en AFm (sustitución parcial de iones sulfato): [ 3 ]

1 Cl − + 3CaO·Al 2 O 3 ·CaSO 4 · 11 H 2 O → 3CaO·Al 2 O 3 · ⁠ 1 / 2 ⁠ CaSO 4 · ⁠ 1 / 2 ⁠ CaCl 2 · 11 H 2 O + ⁠ 1 / 2 ⁠ SO 2− 4    

Glasser et al. (1999) propusieron nombrar esta sal semisustituida en honor a su descubridor: Hans-Jürgen Kuzel . [ 4 ]

Sin embargo, Mesbah et al. (2011) han identificado dos tipos diferentes de intercapas en la estructura cristalográfica que han determinado y excluye la reacción común de intercambio de aniones presentada aquí arriba como lo afirman los propios autores en sus conclusiones: [ 3 ]

La sal de Kuzel es un compuesto laminar de dos etapas con dos intercapas distintas, que se llenan alternativamente solo con aniones cloruro (para un tipo de intercapa) y con aniones sulfato y moléculas de agua (para el otro tipo de intercapa). La estructura de la sal de Kuzel se compone de la intercalación perfecta de la estructura de la sal de Friedel y la estructura del monosulfoaluminato (los dos miembros extremos del compuesto AFm bianiónico estudiado). Las propiedades estructurales de la sal de Kuzel explican la ausencia de una sustitución extendida de cloruro por sulfato o de sulfato por cloruro. La característica de etapas de la sal de Kuzel explica sin duda las dificultades para sustituir cloruro y sulfato: la modificación en un tipo de intercapa implica una modificación en el otro tipo de intercapa para preservar la electroneutralidad del compuesto. La característica de dos etapas de la sal de Kuzel implica que cada intercapa debe ser monoaniónica.

Así pues, si bien la composición química global de la sal de Friedel y la sal de Kuzel se corresponde bien, respectivamente, con la estequiometría de una sustitución completa o parcial de iones sulfato por iones cloruro en la estructura cristalina de AFm, esto no aporta información directa sobre el mecanismo exacto de sustitución aniónica en este complejo sistema. Solo experimentos detallados y controlados de sorción de cloruro, o intercambio aniónico, con un análisis completo de todas las especies disueltas presentes en la solución acuosa (incluidos los iones OH– , Na + y Ca2 + ) pueden descifrar el sistema.

Descubrimiento

El descubrimiento de la sal por Friedel es relativamente difícil de rastrear en la literatura reciente, simplemente porque se trata de un hallazgo antiguo de un producto poco conocido y no natural. Fue sintetizado e identificado en 1897 por Georges Friedel , mineralogista y cristalógrafo, hijo del famoso químico francés Charles Friedel . [ 5 ] Georges Friedel también sintetizó aluminato de calcio (1903) en el marco de su trabajo sobre la teoría de los macles (cristales gemelos). Este punto requiere una mayor verificación. [ 6 ]

Formación

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Sal de Friedel" . mindat.org . Consultado el 24 de febrero de 2021 .
  2. ↑ Suryavanshi, AK; Scantlebury, JD; Lyon, SB (1996). "Mecanismo de formación de la sal de Friedel en cementos ricos en aluminato tricálcico". Cement and Concrete Research . 26 (5): 717– 727. doi : 10.1016/S0008-8846(96)85009-5 . ISSN 0008-8846 . 
  3. 1 2 Mesba, Adel; François, Michel; Cau-dit-Coumes, Céline; Frizón, Fabien; Filinchuk, Yaroslav; Leroux, Fabrice; Ravaux, Johann; Renaudin, Guillaume (2011). "Estructura cristalina de la sal de Kuzel 3CaO·Al 2 O 3 ·½CaSO 4 ·½CaCl 2 ·11H 2 O determinada por difracción de polvo sincrotrón". Investigación sobre Cemento y Hormigón . 41 (5): 504– 509. doi : 10.1016/j.cemconres.2011.01.015 . ISSN 0008-8846 . 
  4. ↑ Glasser, FP; Kindness, A.; Stronach, SA (junio de 1999). "Relaciones de estabilidad y solubilidad en fases AFm" . Cement and Concrete Research . 29 (6): 861–866 . doi : 10.1016/S0008-8846(99)00055-1 . ISSN 0008-8846 . 
  5. ^ Friedel, Georges (1897). "Sur un cloroaluminato de calcio hidratado se maclante por compresión" . Bulletin de la Société Française de Minéralogie et de Cristallographie . 19 : 122-136 .
  6. ↑ Biografía de Georges Friedel por F. Greandjean en annales.org, en francés.

Lecturas adicionales

  • Bai, J.; S. Wild; BB Sabir (2003). "Infiltración de cloruros y pérdida de resistencia en hormigón con diferentes composiciones de aglutinante PC–PFA–MK expuesto a agua de mar sintética". Cement and Concrete Research . 33 (3): 353– 362. doi : 10.1016/S0008-8846(02)00961-4 .
  • Barberón, F.; V. Baroghel-Bouny; H. Zanni; B. Bresson; JB d'Espinose de la Caillerie; L. Malosse; Z. Gan (2005). "Interacciones entre materiales de cloruro y pasta de cemento" (PDF) . Imágenes por resonancia magnética . 23 (2): 267– 272. doi : 10.1016/j.mri.2004.11.021 . PMID 15833625 . 
  • Birnin-Yauri, UA; FP Glasser (1998). "Sal de Friedel, Ca 2 Al(OH) 6 (Cl, OH) · 2H 2 O: sus soluciones sólidas y su papel en la unión de cloruros". Cement and Concrete Research . 28 (12): 1713– 1723. doi : 10.1016/S0008-8846(98)00162-8 .
  • Bothe, James V.; Paul W. Brown (junio de 2004). "Modelado PhreeqC de los equilibrios de sales de Friedel a 23 ± 1 °C". Cement and Concrete Research . 34 (6): 1057– 1063. doi : 10.1016/j.cemconres.2003.11.016 .
  • Brown, PW; S. Badger (2000). "Distribuciones de sulfatos y cloruros ligados en hormigón sometido a ataque mixto de NaCl, MgSO₄ y Na₂SO₄". Cement and Concrete Research . 30 ( 10): 1535–1542 . doi : 10.1016/S0008-8846(00)00386-0 .
  • Brown, PW; A. Doerr (2000). "Cambios químicos en el hormigón debido a la entrada de especies agresivas". Cement and Concrete Research . 30 (3): 411– 418. doi : 10.1016/S0008-8846(99)00266-5 .
  • Chatterji, S. (1995). "Sobre la aplicabilidad de la segunda ley de Fick a la migración de iones cloruro a través del hormigón de cemento Portland". Cement and Concrete Research . 25 (2): 299– 303. doi : 10.1016/0008-8846(95)00013-5 .
  • Csizmadia, J.; G. Balázs; FD Tamás (2001). "Capacidad de unión de iones cloruro de aluminoferritas". Investigación sobre Cemento y Hormigón . 31 (4): 577– 588. doi : 10.1016/S0008-8846(01)00458-6 .
  • Dousti, A; M. Shekarchi; R. Alizadeh; A. Taheri-motlagh (2011). "Unión de cloruros suministrados externamente en hormigón de microsílice bajo condiciones de exposición en campo". Cement and Concrete Composite . 33 (10): 1071– 1079. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2011.08.002 .
  • Mesbah, Adel; Cau-dit-Coumes, Céline; Frizon, Fabien; Leroux, Fabrice; Ravaux, Johann; Renaudin, Guillaume (2011). "Una nueva investigación de la sustitución Cl − –CO 3 2− en fases AFm" . Journal of the American Ceramic Society . 94 (6): 1901– 1910. doi : 10.1111/j.1551-2916.2010.04305.x . ISSN 1551-2916 . 
  • Mesbah, Adel; Cau-dit-Coumes, Céline; Renaudin, Guillaume; Frizon, Fabien; Leroux, Fabrice (2012-08-01). "Captación de iones cloruro y carbonato por el monosulfoaluminato de calcio hidratado" . Cement and Concrete Research . 42 (8): 1157– 1165. doi : 10.1016/j.cemconres.2012.05.012 . ISSN 0008-8846 . 
  • Mesbah, Adel; Rapin, Jean-Philippe; François, Michel; Cau-dit-Coumes, Céline; Frizón, Fabien; Leroux, Fabrice; Renaudin, Guillaume (2011). "Estructuras cristalinas y transición de fase de compuestos cementosos bianiónicos AFm- (Cl - , CO 3 2- )" . Revista de la Sociedad Estadounidense de Cerámica . 94 (1): 261– 268. doi : 10.1111/j.1551-2916.2010.04050.x . ISSN 1551-2916 . 
  • Mohammed, TU; H. Hamada (2003). "Relación entre el cloruro libre y el contenido total de cloruro en el hormigón". Cement and Concrete Research . 33 (9): 1487– 1490. doi : 10.1016/S0008-8846(03)00065-6 .
  • Nakamura, A.; E. Sakai; K. Nishizawa; Y. Ohba; M. Daimon (1999). "Adsorción de iones cloruro, sulfato y fosfato en hidratos de silicato de calcio". Journal of the Chemical Society : 415–420 .
  • Nielsen, EP; MR Geiker (2003). "Difusión de cloruro en material cementicio parcialmente saturado". Cement and Concrete Research . 33 (1): 133– 138. doi : 10.1016/S0008-8846(02)00939-0 .
  • Pitt, JM; MC Schluter; DY Lee; W. Dubberke (1987). Impurezas de sulfato de la sal descongelante y durabilidad del mortero de cemento Portland . Transportation Research Board.
  • Reddy, B.; GK Glass; PJ Lim; NR Buenfeld (2002). "Sobre el riesgo de corrosión que presentan los cloruros ligados en el hormigón". Cement and Concrete Composites . 24 (1): 1– 5. doi : 10.1016/S0958-9465(01)00021-X .
  • Suryavanshi, AK; RN Swamy (1998). "Influencia de los cloruros penetrantes en la estructura de poros del hormigón estructural". Cemento, hormigón y agregados . 20 (1): 169– 179. doi : 10.1520/CCA10451J .
  • Suryavanshi, AK; JD Scantlebury; SB Lyon (1996). "Mecanismo de formación de la sal de Friedel en cementos ricos en aluminato tricálcico". Cement and Concrete Research . 26 (5): 717– 727. doi : 10.1016/S0008-8846(96)85009-5 .
  • Sal de Friedel, Ca₂Al (OH) ₆ (Cl, OH) · 2H₂O : Sus soluciones sólidas y su papel en la unión del cloruro.
  • Glosario de términos de hormigón de cemento y microscopía electrónica de barrido (MEB).