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| 名前 | |
|---|---|
| IUPAC名
塩化アルミン酸カルシウム
| |
| その他の名前
フリーデルの塩
塩化アルミニウムカルシウム | |
| 識別子 | |
| プロパティ | |
| Ca 2 Al(OH) 6 (Cl, OH) · 2 H 2 O | |
| 外観 | 白無地 |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
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フリーデル塩は、層状複水酸化物(LDH)のグループに属する陰イオン交換鉱物です。塩化物やヨウ化物などの陰イオンに対して親和性があり、結晶構造内にそれらをある程度保持することができます。
構成
フリーデル塩は、一般式の 層状複水酸化物（LDH）です。
- Ca 2 Al(OH) 6 (Cl, OH) · 2 H 2 O
または、より明確には、正に帯電した LDH 鉱物の場合:
- [Ca 2 Al(OH) 6 ] + (Cl – , OH – ) · 2 H 2 O
または、水分子をCa、Al水酸化物層に直接組み込むことによって：
- [Ca 2 Al(OH) 6 · 2 H 2 O] + (Cl – , OH – )
塩化物と水酸化物の陰イオンが層間を占め、過剰な正電荷を補います。
セメント化学表記法（CCN） では、
- 2 OH − ⇌ O 2− + H 2 O、
すべての化学量論を 2 倍にすると、CCN では次のように記述することもできます。
- 3CaO·Al 2 O 3 ·Ca(O,Cl 2 ) · 11 H 2 O
層間に Cl –のみがあり、OH –がない場合の簡略化された化学組成は次のとおりです。
- Ca 2 Al(OH) 6 (Cl) · 2 H 2 O
セメント化学表記では次のようにも書ける: [1]
- 3CaO・Al2O3・CaCl2・10H2O
フリーデル塩は、もともと三カルシウムアルミネート（C 3 A）を多く含むセメントで生成されます。遊離塩化物イオンはAFm水和物（C 4 AH 13およびその誘導体）と直接結合してフリーデル塩を形成します。
AFm相における塩化物結合の重要性
フリーデル塩は、セメントやコンクリート中の塩化物アニオンの結合と保持に主要な役割を果たします。しかし、フリーデル塩は、CaO-Al 2 O 3 -CaCl 2 -H 2 O 系における相として十分に理解されていません。塩化物による侵食や鉄筋腐食の影響を受ける鉄筋コンクリート構造物における塩化物イオンの反応輸送を正しくモデル化するには、フリーデル塩系を十分に理解することが不可欠です。また、深部塩層における放射性廃棄物処分の場合のように、海水や濃縮塩水にさらされる工学構造物に使用される塩分飽和ポルトランドセメント系グラウトの長期安定性を評価することも重要です。
AFm相とフリーデル塩系を研究するもう一つの理由は、B(OH)などの有毒な陰イオンを結合、捕捉、固定化する傾向があることである。−4、セオ2−3
...、およびSeO2−4
...、または長寿命放射性核種129 I −をセメント系材料中に保持します。それらの特性評価は、陰イオンゲッターを考案し、放射性廃棄物処分に使用されるセメント系緩衝材およびコンクリートバリアの保持能力を評価するために重要です。
AFm相における塩化物吸着と陰イオン交換
フリーデル塩は、まず暫定的に、 2 つの塩化物イオンが 1 つの硫酸イオンを単純に置き換えたAFm 相として表すことができます。単純な化学量論的交換の直感に基づくこの概念的表現は、思い出すのに非常に便利ですが、このような単純なメカニズムは直接発生する可能性は低く、慎重に検討する必要があります。
- 2Cl − + 3CaO・Al 2 O 3・CaSO 4 ・ 11 H 2 O → 3CaO・Al 2 O 3・CaCl 2 ・ 11 H 2 O + SO2−4
...
実際、現実は、AFm 結晶構造における塩化物イオンと硫酸イオンの間のこのような単純な化学量論的交換よりも複雑であるように思われます。実際、塩化物イオンは、AFm 水和物の正に帯電した [Ca 2 Al(OH) 6 · 2H 2 O] +層に静電的に吸着されているか、または層間に存在する水酸化物イオン (OH – ) と交換される可能性があります。したがって、ここで最初に簡単のために提示した単純で「見かけの」交換反応は、現実に対応しておらず、過度に単純化された表現です。[2]
同様に、クゼルの塩は、1つのCl –イオンがと交換されたときに形成される可能性がある。1/2 そう2−4
...AFm（硫酸イオンの半置換）の場合：[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 そう2−4
...
グラッサーら（1999）は、この半置換塩を発見者のハンス・ユルゲン・クゼルにちなんで命名することを提案した。[4]
しかし、メスバら（2011）は、彼らが決定した結晶構造において2つの異なるタイプの中間層を特定し、著者自身が結論で述べたように、ここで提示した一般的な陰イオン交換反応を排除しました：[3]
クゼルの塩は、2 つの異なる層を持つ 2 段階の層状化合物です。この層は、塩化物アニオンのみ (一方の層) と硫酸アニオンおよび水分子 (もう一方の層) で交互に満たされています。クゼルの塩の構造は、フリーデルの塩構造とモノスルホアルミネート構造 (研究対象の 2 イオン性 AFm 化合物の 2 つの末端メンバー) の完全なインターカレーションで構成されています。クゼルの塩の構造特性により、塩化物から硫酸塩へ、または硫酸塩から塩化物への拡張置換が存在しないことが説明されます。
クゼルの塩の段階的特徴により、塩化物と硫酸塩の置換が困難であることが確実に説明されます。つまり、化合物の電気的中性を保つために、一方の層の変更にはもう一方の層の変更が伴います。クゼルの塩の 2 段階の特徴は、各層がモノアニオン性である必要があることを意味します。
したがって、フリーデル塩とクゼル塩の全体的な化学組成が、AFm の結晶構造における硫酸イオンの塩化物イオンによる完全置換、または半置換の化学量論とそれぞれよく一致しているとしても、この複雑なシステムにおける陰イオン置換の正確なメカニズムについては直接何も語っていません。水溶液中に存在するすべての溶解種 (OH –、Na +、Ca 2+イオンも含む) を完全に分析する、詳細かつ十分に制御された塩化物吸着または陰イオン交換の実験のみが、システムを解読できます。
発見
フリーデルの塩の発見は、あまり知られていない非天然の物質の古代の発見であるため、最近の文献から遡るのは比較的困難です。この塩は、有名なフランスの化学者シャルル・フリーデルの息子で鉱物学者および結晶学者のジョルジュ・フリーデルによって1897年に合成され、特定されました。[5]ジョルジュ・フリーデルは、マクルズ理論（双晶）の研究の一環として、1903年にアルミン酸カルシウムも合成しました。この点については、さらなる検証が必要です。 [要出典] [6]
形成
- 三アルミン酸カルシウムとの関係。
- 塩化物の取り込み。
- 確実な解決策。
参照
- AFmフェーズ
- アルミニウムクロロハイドレート
- セメント
- ソレルセメント、一般式：Mg 4 Cl 2 (OH) 6の混合物
- スタニスラス・ソレルは、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムを組み合わせて新しいセメントを作ったフランスの技術者である。
- コンクリート
- 塩コンクリート、別名サルツベトン
- 塩化
- 層状複水酸化物
- 三アルミン酸カルシウム
- フリーデル・クラフツ反応
- フランスの科学者の豊かな家系であるフリーデル家：
- シャルル・フリーデル（1832年 - 1899年）、フリーデル・クラフツ反応で知られるフランスの化学者
- ジョルジュ・フリーデル（1865-1933）は、フランスの結晶学者、鉱物学者であり、シャルル・フリーデルの息子である。
- エドモンド・フリーデル（1895-1972）（1895–1972）、フランスの工科大学および鉱山技師、フランス地質調査所BRGMの創設者、ジョルジュ・フリーデルの息子。
- ジャック・フリーデル（1921-2014）、フランスの物理学者、エドモンドの息子。ジャック・フリーデルのフランス語サイトを参照。
参考文献
- ^ 「フリーデルの塩」. mindat.org . 2021年2月24日閲覧。
- ^ Suryavanshi, AK; Scantlebury, JD; Lyon, SB (1996). 「三カルシウムアルミネートを多く含むセメントにおけるフリーデル塩形成のメカニズム」セメント・コンクリート研究. 26 (5): 717–727. doi :10.1016/S0008-8846(96)85009-5. ISSN 0008-8846.
- ^ ab メスバ、アデル;フランソワ、ミシェル。コー・ディ・クーム、セリーヌ。フリゾン、ファビアン。フィリンチュク、ヤロスラフ。ルルー、ファブリス。ラヴォー、ヨハン。ルノーダン、ギョーム (2011)。 「放射光粉末回折によって決定されたクーゼル塩 3CaO・Al 2 O 3・1/2 CaSO 4・1/2 CaCl 2・11H 2 O の結晶構造」。セメントとコンクリートの研究。41 (5): 504–509。土井：10.1016/j.cemconres.2011.01.015。ISSN 0008-8846。
- ^ Glasser, FP; Kindness, A.; Stronach, SA (1999年6月). 「AFm相における安定性と溶解度の関係」.セメントおよびコンクリート研究. 29 (6): 861–866. doi :10.1016/S0008-8846(99)00055-1. ISSN 0008-8846.
- ^ ジョルジュ、フリーデル (1897)。 「クロロアルミン酸カルシウム水和物による圧縮の抑制」。Bulletin de la Société Française de Minéralogie et de Cristallographie。19 : 122–136。
- ^ ジョルジュ・フリーデルの伝記、F. Greandjean著、annales.org、フランス語。
さらに読む
- Bai, J.; S. Wild; BB Sabir (2003). 「合成海水にさらされた異なる PC-PFA-MK バインダー組成のコンクリートの塩化物侵入と強度低下」セメントおよびコンクリート研究33 ( 3): 353–362. doi :10.1016/S0008-8846(02)00961-4.
- バルベロン、F. V. バローゲル・バニー; H. ザニ; B. ブレッソン。 JB デスピノース・ド・ラ・カイエリー。 L.マロス; Z.ガン (2005)。 「塩化物とセメントペースト材料の間の相互作用」(PDF)。磁気共鳴画像法。23 (2): 267–272。土井：10.1016/j.mri.2004.11.021。PMID 15833625。
- Birnin-Yauri, UA; FP Glasser (1998). 「フリーデル塩、Ca 2 Al(OH) 6 (Cl, OH ) · 2H 2 O: その固溶体と塩化物結合における役割」セメントおよびコンクリート研究。28 ( 12): 1713–1723。doi :10.1016/S0008-8846(98)00162-8。
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- Suryavanshi, AK; JD Scantlebury; SB Lyon (1996)。「三カルシウムアルミネートを多く含むセメントにおけるフリーデル塩形成のメカニズム」セメントおよびコンクリート研究。26 (5): 717–727。doi :10.1016/S0008-8846(96)85009-5。
外部リンク
- フリーデル塩、Ca2Al(OH)6 (Cl, OH) · 2H2O: その固溶体と塩化物結合における役割
- セメントコンクリートおよびSEM用語集