Каркасные силикаты

Реферат

Природные силикаты образовались в основном из расплавленной

магмы. Предпологается, что при затвердевании магмы из нее

сначала выкристаллизовывались силикаты, более бедные кремнеземом

  • ортосиликаты,затем после израсходования катионов выделялись

силикаты с высоким содержанием кремнезема — полевые шпаты, слюды

и, наконец, чистый кремнезем.

Силикаты — сложные кремнекислородные соединения в виде минералов

и горных пород, занимают определяющее место в составе земной

коры (80% по В.И.Вернадскому).

А если добавить природный оксид

кремния — кварц, то кремнекислородные соединения образуют более

90% массы земной коры и практически полностью слагают объем

Земли. Силикатные минералы являются породообразующими: такие

горные породы, как гранит, базальт, кварцит, песчаник, полевой

шрат, глина, слюда и другие, сложены силикатными и алюмо-

силикатными минералами. Абсолютное большинство силикатных

минералов является твердыми кристаллическими телами, и только

незначительное количество минералов находится в аморфном

состоянии (халцедон, опал, агат и др.)или в коллоидно-дисперсном

состоянии: глины, цеолиты, палыгорскит и др.

Каждый минерал, как извесно, обладает совокупностью физических и

химических свойств, которые всецело определяются его

кристаллической структурой и химическим составом.

Кристаллические структуры силикатов многообразны, но основу

их составляют комбинации атомов самых распространенных элементов

  • Si (кремния) и O (кислорода).

Координатное число кремния 4. Таким образом, каждый атом

кремния находится в окружении четырех атомов кислорода. Если

соединить центры атомов кислорода, то образуется пространствен-

ная кристалическая структура — тетраэдр, в центре которого

находится атом кремния, соединенный с четырьмя атомами кислорода

в вершинах. Такая группировка называется кремнекислородным

радикалом [SiO ]. Химическая связь Si — O — Si называется

силоксановой, природа связи — ковалентная, энергия связи Si — O

очень высока и равняется 445 кДж/моль.

Поскольку устойчивое координатное число кремния равно 4,

19 стр., 9299 слов

Физические свойства минералов

... англезит (сульфат свинца), касситерит (оксид олова) и титанит, или сфен (силикат кальция и титана). Минералы, состоящие из относительно легких элементов, также могут иметь сильный блеск и ... а оба они – от химического состава и кристаллической структуры минерала. В общем случае прозрачные минералы, содержащие атомы тяжелых металлов, отличаются сильным блеском и высоким показателем преломления. К ...

силикатные структуры полимерны. Они представлены различными

типами структур — островной, кольцевой, цепочечной или слоистой,

каркасной.

Состав и строение главных породообразующих минералов определяют

их свойства, а следовательно, и поведение в массивах горных

пород при различных механических, физических и физико-химческих

воздействиях в естественных условиях залегания и при проведении

горных работ. Таким образом, химия силикатов является одним из

главных моментов при проектировании и технологии проведения

горных работ. Кроме того, многочисленные силикатные минералы и

порды широко используются как сырьевые материалы в различных

технологических производствах, например, в высокотемпературных

процессах (обжиг, спекание, плавление)

при производстве:

1) цемента (глины, карбонаты, мергели);

2) глазурий, стекол (полевые шпаты, пегматиты, нефелины, и другие

щелочные, в том цисле литиевые алюмосиликаты,

циркон);

3) легких заполнителей и (вспучивающиеся при

термоизоляционных порошков обжиге вермикулиты,

перлиты и т.д.);

4) огнеупоров, керамических изделий (глины, каолины, силлиманиты,

циркон);

5) форстеритовых огнеупоров (дуниты, оливиновые минералы, тальк,

асбестовые отходы);

6) фарфора (глины, каолины и др.);

7) изоляторов (тальк);

8) каменных материалов (глины).

Группа силикатов используется без обжига в качестве:

1) адсорбентов для очистки газов и вод (бентонитовые глины, цеолиты);

2) компонента буровых растворов (бентонитовые высокодисперсные глины);

3) наполнителя при производстве бумаги, резины (каолины, тальк);

4) драгоценных камней (изумруд, топаз, цветные турмалины, хризотил,

голубые аквамарины и др.).

Силикатные руды и минералы используют для добычи металлов, их оксидов

и солей, а также для извлецения Zi (лепидолит, сподумен),

CS (поллуцит), Be (берилл) и получения Ni (ревдинкит, гарниерит и др.)

и Zr (циркон).

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

? ? Tип ?Силикатные ? Минералы ? ?

?N?структуры ? группы ????????????????????????????????? Свойства ?

? ? ?(радикалы) ? Формула ? Название ? ?

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

?1?Островной ?[SiO ] ? Be [SiO ] ?Фенакит ?Характерны ?

? ?(ортосиликат)? ? Mg [SiO ] ?Форстерит ?высокие ?

? ? ? ?(Mg,Fe) [SiO ] ?Оливин ?температуры ?

? ? ? ? Zr[SiO ] ?Циркон ?плавления, ?

? ? ???????????????????????????????????????????????значительная ?

? ? ?[SiO ] — ?Al O[SiO ] ?Дистен ?плотность ?

? ? ?анионы (F,O ?CaTiO[SiO ] ?Титанит ?(выше3,2г/см)?

? ? ?OH )наряду ?Al (OH,F )[SiO ] ?Топаз ?и частота, ?

? ? ?с катионами ?3Mg [SiO ]Mg(OH,F) ?Гумит ?интенсивная ?

? ? ?металлов ? ? ?окраска. ?

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

9 стр., 4005 слов

Роль силикатной промышленности в народном хозяйстве

... глины, каолины, силлиманиты, циркон); форстеритовых огнеупоров (дуниты, оливиновые минералы, тальк, асбестовые отходы); фарфора (глины, каолины и др.); изоляторов (тальк); каменных материалов (глины). Группа силикатов используется без обжига в ... большая часть силикатов используется в основном в строительстве. Также нельзя приуменьшать роль соединений кремния в таких отраслях промышленности, ...

?2?Кольцеоб — ?[Si O ] ?Na Ca [Si O ] ? — ?Те же, что и ?

? ?разный ? ?Ca (OH) [Si O ] ? — ?для островных?

? ?а)2 тетраэдра? ?Sc [Si O ] ?Тройтветит ?структур ?

? ? ? ? ? ? ?

? ? ??????????????????????????????????????????????? ?

? ?б)3 тетраэдра?[Si O ] ?Сa [Si O ] ?Волластонит? ?

? ? ? ?BaTi[Si O ] ?Бенитоит ? ?

? ? ? ?K Z [Si O ] ?Вадеит ? ?

? ? ??????????????????????????????????????????????? ?

? ?в)4 тетраэдра?[Si O ] ?Ba (Ti,Nb)[Si O ] ?Баотит ? ?

? ? ??????????????????????????????????????????????? ?

? ?г)6 тетраэдра?[Si O ] ?Al Be [Si O ] ?Берилл ? ?

? ? ? ?Cr [Si O ] 6H O ?Диоптаз ? ?

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

?3?Листовой ?[Si O ] ?Mg [Si O ](OH) ?Тальк ?Малопрочные ?

? ?(слоистая ? ? ??? ?хорошо рас- ?

? ? решетка) ?[Si O ] ?Mg [Si O ](OH) Mg(OH)?Антигорит?щепляющиеся ?

? ? ? ? ??? ?структуры с ?

? ? ? ?Al (OH) [Si O ] ?Каолинит ?совершенной ?

? ? ? ?KAl [AlSi O ](OH) ?Мусковит ?спайностью ?

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

?4?Цепочечный ?[Si O ] ?Mg [Si O ] ?Энстатит ?Невысокая t C?

? ?или ленточный?(пироксены) ?Ca(Mg,Fe,Al)[Si O ]?Авгит ?плавления, ?

? ?(бесконечные,? ?Ca(Mg)[Si O ] ?Диопсид ?плотность ?

? ?одномерные ? ?Li Al[Si O ] ?Сподумен ?(2,7 г/см ), ?

? ?или двухмер- ? ?Na Al[Si O ] ?Жадеит ?низкая ?

? ?ные радикалы)???????????????????????????????????????????????твердость. ?

? ? ?[Si O ] ?Ca Mg [Si O ] ?Тремолит ? ?

? ? ?(амфиболы) ?NaCa [Si O ] ?Роговая ? ?

? ? ? ? ?обманка ? ?

? ? ? ?Mg [Si O ] 3Mg(OH) ?Хризотил ? ?

? ? ?????????????????????????????????????????????????????????????

? ?Цепочечные ?[SiO ] ?Ca,Mg[SiO ] ? — ?породо — ?

? ?метасиликаты ? ?Mg[SiO ] ? — ?образующие ?

? ? ? ?LiAl[SiO ] ? — ?минералы ?

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

?5?Простран- ?Бесконечные ?SiO ? ?Характерны ?

? ?ственный, ?трехмерные ? ?-кварц ?небольшая ?

? ?каркасный ?радикалы ? ? ?плотность ?

? ? ?[SiO ] или ? ?-тридимит, ?и твердость, ?

? ? ?[Si O ], ? ?кристобалит?светлая ?

? ? ?в том числе ?Na[AlSiO ] ?нефелин ?окраска, ?

? ? ? со ?????????????????????????????????сравнительно ?

? ? ?значительмым ?К ркасные алюмо- ?полевые ?невысокие ?

? ? ?замещением ? силикаты ?шпаты ?температуры ?

? ? ?Si на Al ?(K,Na)[AlSi O ] ? ?плавления ?

? ? ? ?????????????????????????????????(1100-1700 С)?

? ? ?[(Si,Al)O ] ?Каркасные алюмоси- ?Цеолиты- ? ?

? ? ? ?ликаты в виде фо- ?молекуляр- ? ?

? ? ? ?нарей с центральной?ные сита ? ?

? ? ? ?плотностью, чаще ? ? ?

? ? ? ?из 24 тетраэдров ? ? ?

? ? ? ?[(Si,Al)O ]: ? ? ?

? ? ? ?Na [Al Si O ]2NaOH ? ?? ?

? ? ? ?H O ?Гидросодалит? ?

? ? ? ?Na Ca [Al Si O ] ? ?? ?

? ? ? ? 30H O ?Фожазит ? ?

? ? ? ?Na [Al Si O ] 12H O?Шабазит ? ?

15 стр., 7351 слов

Кислород. Его свойства и применение

... половины XVIII в. — швед Карл Шееле и англичанин Джозеф Пристли. Первым получил кислород К. Шееле, но его работа «О воздухе и огне», в которой был описан этот ... на наружных уровнях атома – один из важнейших признаков химической природы. Однако химическая индивидуальность отдельных элементов – их металлическая и неметаллическая активность – определяется не только наружными электронными структурами ...

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

Многообразие структурных типов силикатных соединений определяется

важнейшим законом кристаллохимии силикатов: кремнекислородные

тетраэдры, входящие в состав сложных силикатных радикалов, объединяются

друг с другом только общими вершинами (а не ребрами или гранями)

и сохраняют свой состав и строение. Это объясняют сильным взаимным

сталкиванием между многозарядными атомами (ионами) кремния, занимающими

центральное положение в каждом соседнем тетраэдре. Так, например,

в кристаллах кварца (SiO ) каждый кремнекислородный тетраэдр дает

на образование силоксановых связей четыре вершины:

?

O

?

??? O ???Si??? O ???

?

O

?

Образуется сплошной трехмерный каркас (каркасный тип структуры).

В кристалах более сложных силикатов тетраэдры [SiO ] могут давать

на связь Si — O — Si одну, две или три вершины.

Тетраэдры внутри сложных радикалов чаще не самостоятельных:

атомы кислорода, через который осуществляется силоксановая

связь, принадлежат одновременно каждой из объединившийхся

структурных единиц. Такие атомы кислорода называются поделен-

ными. Например, шесть кремнекислородных групп тетраэдров,

имеющих по два общих атома кислорода, могут соединяться в

замкнутое кольцо.

Так возникает кольцевой тип структуры, которым, в частности,

обладает минерал берилл. Во многих силекатах кремнекислородные

тетраэдры связаны в бесконечно протяжные цепочечные структуры.

Цепочки могут быть толщиной в один тетраэдр, и тогда в них

соотношение кремния и кислорода равно 1:3, в сдвоенных цепочках

(лентах) — 4:11. Одинарные и сдвоенные цепочки соединяются между

собой катионами. Силикаты, структура которых образована одинар-

ными цепочками кремнекислордных тетраэдров, называются

пироксенами. Более сложная формула силикатов со сдвоенными

цепочками представлена амфиболами.

При соединении кремнекислородных тетраэдров тремя вершинами

образуются плоские слои тетраэдров, у которых свободна только

одна вершина. Это слоистый тип структуры. Слои могут по-разному

связываться между собой. В структуре слюд два таких слоя,

обращенные друг к другу свободными атомами кислорода, соединя-

ются катеонами.

Как видно из рисунка,в каждом плоском слое кремнекислородных

тетраэдров на два атома Si приходится по три атома кислорда,

общих для соседних тетраэдров, и два свободных кислорода в

вершинах тетраэдров. Таким образом, состав слоя отвечает

формуле Si O, а состав двух — [Si O ].

Островной тип структуры. В этом случае кремнекислордные

тетраэдры не соединяются друг с другом через вершины, как в

других структурах, а изолированы, разобщены и связываются в

единую структуру двухвалентными катионами магния и железа, у

которых близкий размер радиуса.

Поэтому состав минералов с такой структурой можно выразить

15 стр., 7040 слов

Классификация связей и соединений в производственных структурах ...

... по обслуживанию производства.- Производственная структура предприятия лишь рассматривает состав и размещение производственных подразделений, и характер производственных связей между ними. - Между тем организационная структура предприятия – это структура управления, то есть состав и взаимосвязи органов ...

формулой (Mg,Fe) [SiO ]. Это формула минерала оливина.

Все структуры характеризуются общими свойствами и прежде

всего объемностью, непрерывностью по всем трем измерениям

пространства.Изолированные кремне- и алюмокислородные тетраэдры

их кольца, цепи, ленты, листы и каркасы соединены катеомами с

относительно большими радиусами в бесконечно большие конструк-

ции.Структура минералов основывается на ионной связи, молекуляр-

ные силы отсутствуют.

Изучение структур силикатов позволило совсем недавно правиль-

но установить их химические формулы, отвечающие составу в тех

случаях, когда правильная формула нарушилась колебаниями в сос-

таве вследствие изоморфныхзамещений. Однако оно раскрыло прежде

всего важные связи между кристалическими структурами и физически-

ми химическими свойствами силикатов. Такие свойства, как твер-

дость, плотность, расщепляемость, термическая устойчивость, незна-

чительная растворимость, определенным образом связаны с внутрен-

ним строением силикатов.

Для силикатных минералов как природных, так и искуственных харак-

терны изоморфные замещения (изоморфизм) — взаимное замещение

ионов в кристалической структуре без нарушения ее строения. Сос-

тав природных химических соединений меняется не случайно, а за-

кономерно — в зависимости от величины радиусов инонов и координа-

ционного числа.Если существует определенная структура, в нее

могут войти (путем замещения или внедрения) не любые химические

элементы, а лиш те, размер ионов которых будет отвечать данной

Минералы группы оливина представляют собой непрерывный изоморф-

ный ряд от железистого до магнитного представителя. Такой изо-

морфизм называется изовалентным. Ниболее распространен другой

тип изоморфизма — гетеровалентный,тпри которм взаимозамещаются

ионы различной валетнтности, но замещение происходит с компен-

сацией зарядов, т.е. при сохранении электростатического баланса

кристалической решетки. Вывод о том, что этот тип изоморфизма

(диагональный) обусловлен близостью размеров (радиусов, оъбемов)

у соседних атомов по диагонали в периодической системе элементов,

был сделан Д.И.Менделеевым и развит А.Е.Ферсманом.

При гетеровалентном изоморфизме чаще возникает необходимость

зарядовой компенсации. В структуре при этом образуются вакансии.

Для компенсации заряда внедряются дополнительные атомы.

Изоморфные замещения влияют на дефектность структур минира-

лов, которая, как известно, является одним из существенных

факторов, приводящих к изменению физических,химических и тех