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Sal de Friedel

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 estratificado (LDH) de fórmula general:

Ca2Al (OH) 6 ( Cl , OH) · 2H2O

o más explícitamente para un mineral LDH cargado positivamente:

[ Ca2Al (OH) 6 ] +   (Cl– , OH– ) · 2 H2O

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

[ Ca2Al (OH) 6  · 2H2O ] +   ( Cl– , OH– )

donde los aniones cloruro e hidróxido ocupan la capa intermedia para compensar el exceso de cargas positivas.

En la notación química del cemento (CCN), considerando que

2OH −  ⇌ O 2 −  + H 2 O,

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

3CaO ·Al2O3 · Ca (O,Cl2 ) · 11 H2O

Una composición química simplificada con solo Cl – en la capa intermedia y sin OH – , como:

Ca2Al (OH) 6 ( Cl ) · 2H2O

También se puede escribir en notación química del cemento 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 (C 3 A). Los iones de cloruro libre se unen directamente con los hidratos de AFm (C 4 AH 13 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 de cloruro en el cemento y el hormigón. Sin embargo, la sal de Friedel sigue siendo una fase poco conocida del sistema CaO–Al2O3 – CaCl2 – H2O . Una comprensión suficiente del sistema de la sal de Friedel es esencial para modelar correctamente el transporte reactivo de iones de cloruro en estructuras de hormigón armado afectadas por el ataque de cloruro y la corrosión del refuerzo de acero. También es importante evaluar la estabilidad a largo plazo de las lechadas a base de cemento Portland saturado de sal que se utilizarán en estructuras de ingeniería expuestas al agua de mar o a salmuera concentrada, como es el caso de la eliminación de residuos radiactivos en formaciones salinas profundas.

Otra razón para estudiar las fases AFm y el sistema de sal de Friedel es su tendencia a unir, atrapar e inmovilizar aniones tóxicos, como B(OH)−4, SEO2−
3, y SEO2−
4, o el radionúclido de larga duración 129 I − , en materiales cementantes. Su caracterización es importante para concebir captadores de aniones y evaluar la capacidad de retención de tampones cementantes y barreras de hormigón utilizadas para la eliminación de residuos radiactivos.

Sorción de cloruro e intercambio aniónico en fases AFm

La sal de Friedel se podría representar tentativamente 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 intercambio estequiométrico simple es muy conveniente de recordar, pero es probable que un mecanismo tan simple no ocurra directamente y debe considerarse con cautela:

2 Cl − + 3CaO·Al 2 O 3 ·CaSO 4  · 11 H 2 O → 3CaO·Al 2 O 3 ·CaCl 2  · 11 H 2 O + SO2−
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. De hecho, parece que los iones cloruro se absorben electrostáticamente en la capa [Ca2Al ( OH) 6  · 2H2O ] + con carga positiva del hidrato del AFm, o también podrían intercambiarse con iones hidróxido (OH– ) también presentes en la capa intermedia. Por lo tanto, la reacción de intercambio simple y "aparente" presentada aquí arriba para simplificar no corresponde a la realidad y es una representación demasiado simplificada. [2]

De manera similar, la sal de Kuzel parece formarse cuando solo 1 ion Cl – intercambia con ⁠1/2⁠ ASI QUE2−
4en AFm (semisustitución de iones sulfato): [3]

1 Cl − + 3CaO·Al 2 O 3 ·CaSO 4 · 11 H 2 O → 3CaO·Al 2 O 3 · ⁠1/2CaSO4 · ⁠​​1/2⁠ CaCl2 · 11 H2O + ⁠1/2⁠ ASI QUE2−
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 capas intermedias en la estructura cristalográfica que han determinado y esto impide la reacción de intercambio aniónico común presentada aquí arriba, como lo afirman los propios autores en sus conclusiones: [3]

La sal de Kuzel es un compuesto estratificado de dos etapas con dos capas intermedias distintas, que se rellenan alternativamente solo con aniones cloruro (para un tipo de capa intermedia) y con aniones sulfato y moléculas de agua (para el otro tipo de capa intermedia). La estructura de la sal de Kuzel está compuesta por la intercalación perfecta de la estructura de la sal de Friedel y la estructura monosulfoaluminato (los dos miembros finales del compuesto AFm bianiónico estudiado). Las propiedades estructurales de la sal de Kuzel explican la ausencia de sustitución prolongada de cloruro a sulfato o de sulfato a cloruro.
La característica de estadificación de la sal de Kuzel ciertamente explica las dificultades para sustituir cloruro y sulfato: la modificación en un tipo de capa intermedia implica una modificación en el otro tipo de capa intermedia para preservar la electroneutralidad del compuesto. La característica de dos etapas de la sal de Kuzel implica que cada capa intermedia debe ser monoaniónica.

Por lo tanto, 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 una semisustitución, de iones sulfato por iones cloruro en la estructura cristalina de AFm, no dice nada directamente sobre el mecanismo exacto de la sustitución de aniones en este sistema complicado. Solo experimentos detallados y bien controlados de sorción de cloruro, o intercambio de aniones, con un análisis completo de todas las especies disueltas presentes en solución acuosa (incluyendo también iones OH – , Na + y Ca 2+ ) pueden descifrar el sistema.

Descubrimiento

El descubrimiento de la sal de Friedel es relativamente difícil de rastrear a partir de la literatura reciente, simplemente porque es 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 macles (cristales gemelos). Este punto requiere una verificación adicional. [ cita requerida ] [6]

Formación

Véase también

Referencias

  1. ^ "La sal de Friedel". mindat.org . Consultado el 24 de febrero de 2021 .
  2. ^ Suryavanshi, AK; Scantlebury, JD; Lyon, SB (1996). "Mecanismo de formación de sal de Friedel en cementos ricos en aluminato tricálcico". Investigación en cemento y hormigón . 26 (5): 717–727. doi :10.1016/S0008-8846(96)85009-5. ISSN  0008-8846.
  3. ^ ab Mesbah, 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". Investigación sobre cemento y hormigón . 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.

Lectura adicional

Enlaces externos