рефераты бесплатно
Рефераты бесплатно, курсовые, дипломы, научные работы, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, сочинения,рефераты литература, рефераты биология, рефераты медицина, рефераты право, большая бибилиотека рефератов, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент и многое другое.
ENG
РУС
 
рефераты бесплатно
ВХОДрефераты бесплатно             Регистрация

Реферат: Силикаты.  

Реферат: Силикаты.

Московский Государственный Горный Университет.
Факультет ГЭМ.
Группа ГМО-4-93.
Орлов Александр.
1994 г.

РЕФЕРАТ ПО ХИМИИ.
ТЕМА "СИЛИКАТЫ"

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,
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).

ЪДВДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДї
і і Tип іСиликатные і Минералы і і
іNіструктуры і группы ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДґ Свойства і
і і і(радикалы) і Формула і Название і і
ГДЕДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДґ
і1іОстровной і[SiO ] і Be [SiO ] іФенакит іХарактерны і
і і(ортосиликат)і і Mg [SiO ] іФорстерит івысокие і
і і і і(Mg,Fe) [SiO ] іОливин ітемпературы і
і і і і Zr[SiO ] іЦиркон іплавления, і
і і ГДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДґзначительная і
і і і[SiO ] - іAl O[SiO ] іДистен іплотность і
і і іанионы (F ,O іCaTiO[SiO ] іТитанит і(выше3,2г/см)і
і і іOH )наряду іAl (OH,F )[SiO ] іТопаз іи частота, і
і і іс катионами і3Mg [SiO ]Mg(OH,F) іГумит іинтенсивная і
і і іметаллов і і іокраска. і
ГДЕДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДґ
і2іКольцеоб - і[Si O ] іNa Ca [Si O ] і --- іТе же, что и і
і іразный і іCa (OH) [Si O ] і --- ідля островныхі
і іа)2 тетраэдраі іSc [Si O ] іТройтветит іструктур і
і і і і і і і
і і ГДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДґ і
і іб)3 тетраэдраі[Si O ] іСa [Si O ] іВолластониті і
і і і іBaTi[Si O ] іБенитоит і і
і і і іK Z [Si O ] іВадеит і і
і і ГДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДґ і
і ів)4 тетраэдраі[Si O ] іBa (Ti,Nb)[Si O ] іБаотит і і
і і ГДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДґ і
і іг)6 тетраэдраі[Si O ] іAl Be [Si O ] іБерилл і і
і і і іCr [Si O ] 6H O іДиоптаз і і
ГДЕДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДґ
і3іЛистовой і[Si O ] іMg [Si O ](OH) іТальк іМалопрочные і
і і(слоистая і і АДї іхорошо рас- і
і і решетка) і[Si O ] іMg [Si O ](OH) Mg(OH)іАнтигоритіщепляющиеся і
і і і і ЪДЩ іструктуры с і
і і і іAl (OH) [Si O ] іКаолинит ісовершенной і
і і і іKAl [AlSi O ](OH) іМусковит іспайностью і
АДБДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДЩ

ЪДВДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДї
і4іЦепочечный і[Si O ] іMg [Si O ] іЭнстатит іНевысокая t Cі
і іили ленточныйі(пироксены) іCa(Mg,Fe,Al)[Si O ]іАвгит іплавления, і
і і(бесконечные,і іCa(Mg)[Si O ] іДиопсид іплотность і
і іодномерные і іLi Al[Si O ] іСподумен і(2,7 г/см ), і
і іили двухмер- і іNa Al[Si O ] іЖадеит інизкая і
і іные радикалы)ГДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДґтвердость. і
і і і[Si O ] іCa Mg [Si O ] іТремолит і і
і і і(амфиболы) іNaCa [Si O ] іРоговая і і
і і і і іобманка і і
і і і іMg [Si O ] 3Mg(OH) іХризотил і і
і і ГДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДґ
і іЦепочечные і[SiO ] іCa,Mg[SiO ] і --- іпородо - і
і іметасиликаты і іMg[SiO ] і --- іобразующие і
і і і іLiAl[SiO ] і --- іминералы і
ГДЕДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДґ
і5іПростран- іБесконечные іSiO і іХарактерны і
і іственный, ітрехмерные і і-кварц інебольшая і
і ікаркасный ірадикалы і і іплотность і
і і і[SiO ] или і і-тридимит, іи твердость, і
і і і[Si O ] , і ікристобалитісветлая і
і і ів том числе іNa[AlSiO ] інефелин іокраска, і
і і і со ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДґсравнительно і
і і ізначительмым іК ркасные алюмо- іполевые іневысокие і
і і ізамещением і силикаты ішпаты ітемпературы і
і і іSi на Al і(K,Na)[AlSi O ] і іплавления і
і і і ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДґ(1100-1700 С)і
і і і[(Si,Al)O ] іКаркасные алюмоси- іЦеолиты- і і
і і і іликаты в виде фо- імолекуляр- і і
і і і інарей с центральнойіные сита і і
і і і іплотностью, чаще і і і
і і і іиз 24 тетраэдров і і і
і і і і[(Si,Al)O ]: і і і
і і і іNa [Al Si O ]2NaOH і Аї і
і і і іH O іГидросодалиті і
і і і іNa Ca [Al Si O ] і ЪЩ і
і і і і 30H O іФожазит і і
і і і іNa [Al Si O ] 12H OіШабазит і і
АДБДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДЩ

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:

і
O
і
ДДД O ДДДSiДДД O ДДД
і
O
і

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
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
структуре.
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














































© 2010.