Строительные силикаты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Современная классификация

2. Структура силикатов

3. Общие свойства

4. Происхождение

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Целью данного реферата является изучение силиката.

Задачи:

1. Привести современную классификацию силикатов.

2. Рассмотреть структуру силикатов.

3. Проанализировать происхождение и применение силикатов.

Актуальность данной тематики обусловлена тем, что силикаты широко используются в строительстве.

Природные силикаты образовались в основном из расплавленной магмы. Предполагается, 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. строительный силикат кремнекислородный магма

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.

Химическая формула:SiO3

Химические свойства

Силикаты взаимодействуют со следующими веществами:

· С кислотами, даже с очень слабыми, например, с угольной:

· С растворимыми солями:

· Гидролиз:

Получение

· При нагревании оксид кремния(IV) SiO2 вытесняет более летучий кислотный оксид из солей:

· Обработка аморфного кремнезёма концентрированным раствором щёлочи:

1. Современная классификация

Современная классификация силикатов основана на кристаллохимических данных, обобщающих результаты химических и рентгенографических исследований структур силикатных минералов (см. Кристаллохимия).

В основе структур всех С. лежит кремнекислородный радикал [SiO4]4- в форме тетраэдра. Важной особенностью С. является способность к взаимному сочетанию (полимеризации) двух или нескольких кремнекислородных тетраэдров через общий атом кислорода. Характер этого сочетания учитывается при классификации С. Кроме того, в классификации С. учитываются состав радикалов (Si, Al, В, Be, Ti, Zr, U) и состав катионов (К, Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Al), наличие и характер в составе С. воды или гидроксильных групп, наличие дополнительных анионных групп.

В случаях, когда в структуре С. другие тетраэдрические радикалы играют одинаковую роль с тетраэдрами [SiO4]4-, выделяют алюмосиликаты, боросиликаты и бериллосиликаты, а также гетерогенные каркасные и слоистые титано-и цирконосиликаты. В номенклатуре С. наряду со структурными обозначениями, связанными с типом сочетаний кремнекислородных тетраэдров, иногда используются названия, сохранившиеся от представлений о них как о солях кремниевых кислот: ортосиликаты - соли ортокремниевой кислоты, метасиликаты - соли метакремниевой кислоты и др.

2. Структура силикатов

По характеру сочетания кремнекислородных тетраэдров выделяется 5 подклассов силикатов: островные, кольцевые, цепочечные, слоистые, каркасные.

Островные силикаты. Сюда относятся С. с изолированными тетраэдрами [SiO4]-4 -- ортосиликаты, связанные посредством расположенных между ними октаэдрических катионов, или с изолированными парами тетраэдров [Si2O7]6- - диортосиликаты, которые возникли в результате соединения двух кремнекислородных тетраэдров.

К ортосиликатам относятся группы оливина (MgFe)2[SiO4], циркона Zr [SiO4], гранатов, фенакита Be2[SiO4] и др. (без воды и добавочных анионов), топаза Al2[SiO4]F2, андалузита Al2[SiO4] O, титанита CaTi [SiO4] O и др. (с добавочными анионами F-, O2-, OH-); к диортосиликатам -- группы бертрандита Be4[Si2O7j (OH)2, ильваита CaFe3Ч[Si2O7] O (OH) и др.; к ортодиортосиликатам относятся группы везувиана Ca19 Mg3Al10[Si2O7]4Ч[SiO4]10O2(OH)6, эпидота Са, Ce, Fe3+, Fe2+, Al2[Si2O7]Ч [SiO4] OЧ(OH) и др.

Кольцевые силикаты. характеризуются кольцевой структурой, в которой группы [SiO4]4- не изолированы, а соединяются общими ионами кислорода в кольца. При этом различают кольца двух типов -- простые и двойные («двухэтажные»). К первым относятся кольца типа [Si3O9]6- -- группа волластонита Ca3[Si3O9], типа [Si4O12]8- -- группа тарамеллита Ba2Fe2[Si4O12](OH)2, типа [Si6O18]12- -- группы берилла Be3Al2[Si6O18], кордиерита Mg2Al3[AISi5O18] и др.; типа [Si8O24]12- -- группа мьюкрита Ba10CaMnTi2[Si8O24]Ч(Cl, OH, O)12Ч4H2O. Ко вторым относятся кольца типа [Si8O20]12- -- группа эканита Ca2Th [Si8O20], и типа [Si12O30]12- -- группа миларита KCa2Be2AI [Si12O30].

Цепочечные силикаты. Простейшие и наиболее распространённые из них представлены непрерывными цепочками кремнекислородных тетраэдров, соединённых вершинами, типа [SiO3]2- или сдвоенными цепочками-лентами типа [Si4O11]6-. К ним принадлежат группы пироксенов, амфиболов, рамзаита Na2[Ti2Si2O6] O3 и др.

Слоистые силикаты характеризуются непрерывными в двух направлениях слоями кремнекислородных тетраэдров, образующими бесконечные двухмерные радикалы, которые в зависимости от пространственного положения кремнекислородных тетраэдров в слое имеют различную формулу; для слоя, состоящего из шестерных колец, характерен радикал типа [Si4O10]4-; при этом в шестерном кольце тетраэдров слоя каждый из шести атомов кремния принадлежит трём таким кольцам, т. е. по два кремния на каждое кольцо. К этому подклассу относятся слюды группы мусковита и биотита K (Mg, Fe2- 3)[AlSi3O10]Ч(OH, F)2, группы пирофиллита Al2[Si4O10](OH)2 и талька Mg3[Si4O10]Ч(OH)2, каолинита Al4[Si4O10](OH)8 и серпентина Mg6[Si4O10](OH)8, галлуазита Al4(H2O)4[Si4O10](OH)8, хлоритов; к слоистым относится гадолинит FeY2Ч[Be2Si2O10]; к титаносиликатам -- астрофиллит (К, Na)3(Mn, Fe)7[Ti2(Si4O12)2ЧO2(OH)5; к ураносиликатам -- склодовскит (H3O)2Mg [UO2(SiO4)]2Ч3H2O и др.

Каркасные силикаты. характеризуются трёхмерным бесконечным каркасом кремнекислородных тетраэдров типа [SiO4]4-, соединённых всеми четырьмя вершинами друг с другом так, что каждый атом кислорода одновременно принадлежит только двум таким тетраэдрам; общая формула [AlmSin-mO2n] m-. К ним относятся минералы группы полевых шпатов Na [AISi3O8] -- K [AISi3O8] -- Ca [Al2Si2O8], нефелина KNa3[AISiO4], петалита Li [AISi4O10], данбурита Ca [B2Si2O8l, цеолитов, содалита Na4[AISiO4]3Cl, гельвина Mn4[BeSiO4]3S (см. Содалита группа) и др.</p>

В структурах С. установлено значительное число различных типов цепочек, лент, сеток и каркасов из тетраэдров.

По составу тетраэдрических радикалов различаются простые С. с кремнекислородным радикалом [SiO4]4- и сложные С., в которых вместе с [SiO4]4- присутствуют тетраэдрические группы алюминия (алюмосиликаты), бериллия (бериллосиликаты), бора (боросиликаты), титана (титаносиликаты), циркония (цирконосиликаты), урана (ураносиликаты). Наряду с этим выделяются силикаты Al, Be, Ti, Zr, в которых эти элементы играют роль таких же катионов, как Mg, Fe и др., соединяясь с кремнекислородными тетраэдрами не вершинами, а ребрами или через вершины, поделенные между двумя тетраэдрами.

Катионы, входящие в состав С., разделяются прежде всего на 2 группы: малые катионы -- Mg2+, Al3+, Fe2+, Mn2+ и др., частично Ca2+, имеющие обычно октаэдрическую координацию (содержащие их соединения составляют первую главу кристаллохимии С., по Н. В. Белову, 1961), и крупные катионы -- К+, Na+, Ca2+, Ba2+, Sr2+, редкоземельных элементов, образующие соответственно более крупные координационные полиэдры: 8-, 9-, 12-вершинники, ребра которых соизмеримы уже с размерами не одиночных [SiO4]4- тетраэдров, а групп [Si2O7]6- (с этими соединениями связана вторая глава кристаллохимии С.).

Для С. характерен изоморфизм, проявляющийся особенно широко среди катионов; вследствие этого в С. распространены ряды твёрдых растворов (непрерывные или со значительными пределами замещений), а также изоморфные примеси. Поэтому даже развёрнутые формулы С., учитывающие основные изоморфные замещения, всё же являются неполными вследствие большой сложности состава реальных С. Распределение изоморфных катионов в структуре С. зависит от температуры и устанавливается рентгенографически или по мёссбауэровским и инфракрасным спектрам. Это свойство позволяет использовать С. в качестве геотермометра.

В составе С. отмечается разнообразие форм вхождения в их структуру водорода -- в виде гидроксильных групп, кристаллизационной и цеолитной воды, межслоевой адсорбированной воды и др., изучаемых с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР), термического анализа, инфракрасной спектроскопии. Во всех подклассах С. выделяются группы с добавочными анионами (O2-, F-, CI-, OH-, S2-) и радикалами (SO42-, CO32- и др.).

Дальнейшие усложнения в строении С. связаны с явлениями упорядочения (особенно Al -- Si в алюмосиликатах и Mg -- Fe в оливинах, пироксенах, амфиболах), политипии и смешаннослойных прорастаний (в слоистых С.), полиморфных превращений (например, андалузит -- дистен -- силлиманит), распада твёрдых растворов, образования электронно-дырочных центров (см. Дефекты в кристаллах).

Большинство С. в связи с их сложным строением имеет низкую симметрию: около 45% кристаллизуется в моноклинной, 20% имеют ромбическую симметрию, 9% -- триклинную, 7% -- тетрагональную, 10% -- тригональную и гексагональную и 9% -- кубическую.

Весьма характерно двойникование (двойники роста, механических и фазовых превращений).

Элементарный правильный кремне-кислородный тетраэдр SiO44

3. Общие свойства

Свойства силикатов определяются прежде всего типом кремнекислородного тетраэдра: спайность (несовершенная в островных и кольцевых С., совершенная и зависящая от ориентировки кремнекислородных группировок в цепочечных, слоистых, каркасных С.); твёрдость обычно 5,5-7, кроме слоистых С., в которых она понижается до 2-1; плотность около 2500-3500 кг/м3. Цвет большинства С. определяется ионами железа (Fe2+ - зелёный, Fe3+ - бурый, красный, жёлтый, Fe2+ и Fe3+ - синий и др.), в отдельных группах - ионами Ti3+, V4+, Cr3+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+ и их сочетаниями с ионами железа и др.; в некоторых минералах -- электронно-дырочными центрами. В ряде случаев окраска связана с микровключениями окрашенных минералов.</p>

Большое значение для точной диагностики С. имеют их оптические свойства -- преломление, оптическая ориентировка и др., измеряемые с помощью столика Федорова, иммерсионного метода и др.

4. Происхождение

Происхождение силикатов весьма разнообразно: они возникают при кристаллизации магмы, метаморфических и метасоматических процессах; реже С. образуются в гидротермальных жилах. Крупные кристаллы С. возникают в пегматитах.

Физико-химические особенности образования С. в природных условиях определяются с помощью парагенетического анализа минеральных ассоциаций (см. Парагенезис минералов) с учётом данных детально изученных диаграмм состояний силикатных систем. При выветривании происходит разрушение большинства С. с образованием осадочных горных пород, с выщелачиванием основных соединений, освобождением кремнезёма, возникновением за счёт алюмосиликатов водных силикатов алюминия, образованием глинистых минералов, нонтронита, гарниерита и др., а также окислов железа, карбонатов и др.

Силикаты (плагиоклазы, оливин, пироксены и др.) являются также главными минералами лунных пород, входят в состав метеоритов. Полагают, что оливин и плотная модификация шпинели составляют почти полностью мантию Земли.

Применение.

Применение определяется тем, что многие из них являются важнейшими среди полезных ископаемых. Существенное значение имеют силикатные минералы, составляющие литиевые, бериллиевые руды, руды рассеянных элементов, силикатные никелевые руды. Месторождения нефелина поставляют комплексное сырьё для получения алюминия, поташа, соды. Большую долю составляют С. в нерудных полезных ископаемых (полевые шпаты, слюды, асбест, тальк, цеолиты, гранаты, бентонитовые и огнеупорные глины), в драгоценных и поделочных камнях (изумруд, аквамарин, топаз, хризолит, турмалин и др.).

Исследование С. как главнейших минералов Земли и Луны, содержащих многие ценные элементы в качестве основных компонентов или примесей, составляет важное направление современной минералогии, тесно связанное с геохимией, литологией, геофизикой и исследованием вещественного состава месторождений полезных ископаемых.

Заключение

Целью данного реферата выступало изучение силикатов.

Для того чтобы понять роль силикатов в жизни человека, остановимся сначала на строении земного шара. По современным представлениям земной шар состоит из ряда оболочек. Наружная оболочка Земли, земная кора, или литосфера, образована гранитной и базальтовой оболочками и тонким осадочным слоем. Гранитная оболочка в основном состоит из гранита - плотных сростков из полевых шпатов, слюды, амфиболов и пироксенов, а базальтовая - из таких гранитоподобных, но более тяжелых силикатных пород, как габбро, диабазы и базальты. Осадочные горные породы образуются при разрушении других пород под влиянием условий, характерных для поверхности Земли. Составной частью осадочного слоя являются, в частности, глины, основа которых - силикатный минерал каолинит. Литосфера на 95 мас. % образована силикатами. Ее средняя мощность в области материков составляет 30-40 км. Затем располагается симатическая оболочка, или верхняя мантия, среди минералов которой, вероятно, преобладают силикаты железа и магния. Эта оболочка охватывает земной шар сплошь и распространяется до глубины 1200 км. Далее от 1200 до 2900 км располагается промежуточная оболочка. Ее состав спорен, но и в ней предполагается существование силикатов. Под этой оболочкой на глубине от 2900 до 6370 км находится ядро. В последнее время высказано предположение, что ядро имеет также силикатный состав. При движении от поверхности Земли к ее центру возрастают плотность и основность слагающих пород (увеличивается соотношение между содержанием оксидов металлов и кремнезема), давление и температура.

Древнейшие орудия труда были изготовлены человеком из кремня - плотного агрегата из халцедона, кварца и опала (800-60 тыс. лет до н. э.). Позднее для этого стали использовать яшмы, горный хрусталь, агаты, обсидиан (вулканическое силикатное стекло), нефрит.

Для силикатных минералов нет общепринятой систематики (минералогической номенклатуры), их названия чаще всего происходят от внешнего вида кристаллов, их физических свойств, места нахождения или имени ученого, их открывшего. Плагиоклаз в переводе с греческого означает косо раскалывающийся, а пироксен - тугоплавкий, что отвечает свойствам этих минералов. Минералы кварца в зависимости от природы примесей имеют широкий спектр окраски, которая и определяет их названия: аметист - фиолетовый, цитрин - желтый, горный хрусталь - лед. Модификации кремнезема стишовита и коэсита и минерала биотита произошли от фамилий ученых, их открывших, С.М. Стишова, Л. Коэса и Ж.Б. Био, а минерал каолинит получил свое название от горы Каолинг в Китае, где издавна добывалась глина для производства фарфора.

Природные силикаты и сам кремнезем играют важную роль в качестве сырья и конечных продуктов в промышленных процессах. Алюмосиликаты - плагиоклазы, калиевый полевой шпат и кремнезем используются как сырье в керамической, стекольной и цементной промышленности. Для изготовления несгораемых и обладающих электроизоляционными свойствами текстильных изделий (ткани, шнуры, канаты) широко используются асбесты, относящиеся к гидросиликатам - амфиболам. Некоторые виды асбестов обладают высокой кислотостойкостью и применяются в химической промышленности. Биотиты, представители группы слюд, используются как электро- и теплоизоляционные материалы в строительстве и приборостроении. Пироксены применяются в металлургии и каменно-литейном производстве, а пироксен LiAl[Si2O6] - для получения металлического лития. Пироксены являются составной частью доменных шлаков и шлаков цветной металлургии, которые, в свою очередь, также используются в народном хозяйстве. Такие горные породы, как граниты, базальты, габбро, диабазы, являются прекрасными строительными материалами.

Размещено на Allbest.ru