Реферат: Силикаты

<span Courier New"">МосковскийГосударственный Горный Университет.

<span Courier New"">Факультет ГЭМ.

<span Courier New"">Группа ГМО-4-93.

<span Courier New"">Орлов Александр.

<span Courier New"">1994 г.

<span Courier New"">

<span Courier New"">                    РЕФЕРАТ ПО ХИМИИ.

<span Courier New"">                     ТЕМА «СИЛИКАТЫ»

<span Courier New"">

<span Courier New"">Природные  силикаты образовались  в  основном из расплавленной

<span Courier New"">магмы.  Предпологается,  что при  затвердевании  магмы из  нее

<span Courier New"">сначалавыкристаллизовывались силикаты, более бедные кремнеземом

<span Courier New"">-ортосиликаты, затем  после израсходования  катионов  выделялись

<span Courier New"">силикаты свысоким содержанием кремнезема — полевые шпаты, слюды

<span Courier New"">и, наконец,чистый кремнезем.

<span Courier New"">Силикаты — сложные кремнекислородные соединения в виде минералов

<span Courier New"">и горных  пород, занимают  определяющее место  в составе земной

<span Courier New"">коры (80% поВ.И.Вернадскому).  А если добавитьприродный  оксид

<span Courier New"">кремния — кварц,то кремнекислородные соединения образуют более

<span Courier New"">90%  массы земной  коры  и практически полностью слагают объем

<span Courier New"">Земли.  Силикатные минералы  являются  породообразующими: такие

<span Courier New"">горные породы,как  гранит, базальт, кварцит,  песчаник, полевой

<span Courier New"">шрат,  глина, слюда  и  другие, сложены  силикатными  и алюмо-

<span Courier New"">силикатными   минералами.  Абсолютное   большинство  силикатных

<span Courier New"">минераловявляется  твердыми кристаллическими  телами, и только

<span Courier New"">незначительное  количество  минералов  находится   в  аморфном

<span Courier New"">состоянии(халцедон, опал, агат и др.)или в коллоидно-дисперсном

<span Courier New"">состоянии: глины,цеолиты, палыгорскит и др.

<span Courier New"">Каждый минерал,как извесно, обладает совокупностью физических и

<span Courier New"">химических   свойств,  которые    всецело   определяются    его

<span Courier New"">кристаллическойструктурой и химическим составом.

<span Courier New"">    Кристаллические структуры силикатовмногообразны, но  основу

<span Courier New"">их составляюткомбинации атомов самых распространенных элементов

<span Courier New"">- Si (кремния) иO (кислорода).

<span Courier New"">    Координатное  число кремния  4.  Таким образом, каждый атом

<span Courier New"">кремния  находится в  окружении  четырех атомов кислорода. Если

<span Courier New"">соединить центрыатомов кислорода, то образуется пространствен-

<span Courier New"">ная  кристалическая  структура -  тетраэдр,  в центре которого

<span Courier New"">находится атомкремния, соединенный с четырьмя атомами кислорода

<span Courier New"">в  вершинах. Такая  группировка  называется  кремнекислородным

<span Courier New"">радикалом[SiO  ]  . Химическая  связь Si  — O  — Si называется

<span Courier New"">силоксановой,природа связи — ковалентная, энергия связи Si - O

<span Courier New"">очень высока иравняется 445 кДж/моль.

<span Courier New"">     Поскольку устойчивое  координатное число  кремния равно 4,

<span Courier New"">силикатные  структуры полимерны.  Они  представлены различными

<span Courier New"">типами структур — островной, кольцевой, цепочечной или слоистой,

<span Courier New"">каркасной.

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">Состав и строениеглавных породообразующих минералов определяют

<span Courier New"">их  свойства, а  следовательно,  и поведение в массивах горных

<span Courier New"">пород приразличных механических, физических и физико-химческих

<span Courier New"">воздействиях вестественных условиях залегания и при проведении

<span Courier New"">горных работ.Таким образом,  химия силикатов являетсяодним  из

<span Courier New"">главных  моментов при  проектировании  и технологии проведения

<span Courier New"">горных работ.Кроме  того, многочисленныесиликатные  минералы и

<span Courier New"">порды широкоиспользуются как сырьевые  материалы  в  различных

<span Courier New"">технологическихпроизводствах,  например, в  высокотемпературных

<span Courier New"">процессах (обжиг,спекание, плавление)

<span Courier New"">при производстве:

<span Courier New"">1) цемента(глины, карбонаты, мергели);

<span Courier New"">2) глазурий,стекол (полевые шпаты, пегматиты, нефелины, и другие

<span Courier New"">                    щелочные, в том цислелитиевые алюмосиликаты,

<span Courier New"">                    циркон);

<span Courier New"">3) легкихзаполнителей и                    (вспучивающиеся при

<span Courier New"">   термоизоляционных порошков                 обжиге вермикулиты,

<span Courier New"">                                             перлиты и т.д.);

<span Courier New"">4) огнеупоров,керамических изделий (глины, каолины, силлиманиты,

<span Courier New"">                                     циркон);

<span Courier New"">5) форстеритовыхогнеупоров  (дуниты, оливиновые минералы,тальк,

<span Courier New"">                              асбестовыеотходы);

<span Courier New"">6) фарфора(глины, каолины и др.);

<span Courier New"">7) изоляторов(тальк);

<span Courier New"">8) каменныхматериалов (глины).

<span Courier New"">

<span Courier New"">Группа силикатовиспользуется без обжига в качестве:

<span Courier New"">1) адсорбентовдля очистки газов и вод (бентонитовые глины, цеолиты);

<span Courier New"">2) компонентабуровых растворов (бентонитовые высокодисперсные глины);

<span Courier New"">3) наполнителяпри производстве бумаги, резины (каолины, тальк);

<span Courier New"">4) драгоценныхкамней (изумруд, топаз, цветные турмалины, хризотил,

<span Courier New"">                       голубые аквамарины идр.).

<span Courier New"">Силикатные руды иминералы используют для добычи металлов, их оксидов

<span Courier New"">и солей, а такжедля извлецения Zi (лепидолит, сподумен),

<span Courier New"">CS (поллуцит), Be(берилл) и получения Ni (ревдинкит, гарниерит и др.)

<span Courier New"">и Zr (циркон).

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">┌─┬─────────────┬─────────────┬───────────────────────────────┬─────────────┐

<span Courier New"">││   Tип       │Силикатные   │         Минералы              │             │

<span Courier New"">│N│структуры    │ группы    ├───────────────────┬───────────┤   Свойства │

<span Courier New"">││            │(радикалы)   │   Формула         │ Название  │             │

<span Courier New"">├─┼─────────────┼─────────────┼───────────────────┼───────────┼─────────────┤

<span Courier New"">│1│Островной    │[SiO ]       │  Be [SiO ]       │Фенакит    │Характерны   │

<span Courier New"">││(ортосиликат)│            │   Mg [SiO ]       │Форстерит  │высокие      │

<span Courier New"">││             │             │(Mg,Fe) [SiO ]     │Оливин     │температуры  │

<span Courier New"">││             │             │   Zr[SiO ]        │Циркон     │плавления,   │

<span Courier New"">││            ├─────────────┼───────────────────┼───────────┤значительная│

<span Courier New"">││             │[SiO ]  -   │Al O[SiO ]        │Дистен    │плотность    │

<span Courier New"">│ │             │анионы (F ,O│CaTiO[SiO ]       │Титанит   │(выше3,2г/см)│

<span Courier New"">││             │OH)наряду   │Al (OH,F )[SiO ]   │Топаз      │и частота,   │

<span Courier New"">││             │скатионами  │3Mg [SiO ]Mg(OH,F)│Гумит      │интенсивная  │

<span Courier New"">││             │металлов     │                   │           │окраска.     │

<span Courier New"">├─┼─────────────┼─────────────┼───────────────────┼───────────┼─────────────┤

<span Courier New"">│2│Кольцеоб-   │[Si O ]      │Na Ca [Si O ]      │  ---     │Те же, что и│

<span Courier New"">││разный       │             │Ca (OH) [Si O ]    │  ---     │дляостровных│

<span Courier New"">││а)2 тетраэдра│            │Sc [Si O ]        │Тройтветит │структур    │

<span Courier New"">││             │             │                   │           │             │

<span Courier New"">││            ├─────────────┼───────────────────┼───────────┤             │

<span Courier New"">││б)3 тетраэдра│[Si O ]     │Сa [Si O ]        │Волластонит│            │

<span Courier New"">││             │             │BaTi[Si O ]        │Бенитоит   │             │

<span Courier New"">││             │             │K Z [Si O ]        │Вадеит     │             │

<span Courier New"">││            ├─────────────┼───────────────────┼───────────┤             │

<span Courier New"">││в)4 тетраэдра│[Si O  ]     │Ba (Ti,Nb)[Si O  ] │Баотит     │             │

<span Courier New"">││            ├─────────────┼───────────────────┼───────────┤             │

<span Courier New"">││г)6 тетраэдра│[Si O  ]     │Al Be [Si O  ]    │Берилл     │             │

<span Courier New"">││             │             │Cr [Si O  ] 6H O  │Диоптаз    │             │

<span Courier New"">├─┼─────────────┼─────────────┼───────────────────┼───────────┼─────────────┤

<span Courier New"">│3│Листовой     │[Si O ]      │Mg [Si O ](OH)     │Тальк      │Малопрочные  │

<span Courier New"">││(слоистая    │             │                   └─┐         │хорошо рас-  │

<span Courier New"">│ │решетка)    │[Si O  ]    │Mg [Si O ](OH) Mg(OH)│Антигорит│щепляющиеся  │

<span Courier New"">││             │             │                   ┌─┘         │структуры с  │

<span Courier New"">││             │             │Al (OH) [Si O ]    │Каолинит   │совершенной  │

<span Courier New"">││             │             │KAl [AlSi O ](OH)  │Мусковит   │спайностью   │

<span Courier New"">└─┴─────────────┴─────────────┴───────────────────┴───────────┴─────────────┘

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">┌─┬─────────────┬─────────────┬───────────────────┬───────────┬─────────────┐

<span Courier New"">│4│Цепочечный   │[Si O ]      │Mg [Si O ]         │Энстатит   │Невысокая t C│

<span Courier New"">││или ленточный│(пироксены) │Ca(Mg,Fe,Al)[Si O ]│Авгит      │плавления,   │

<span Courier New"">││(бесконечные,│            │Ca(Mg)[Si O ]     │Диопсид   │плотность    │

<span Courier New"">││одномерные   │             │Li Al[Si O ]       │Сподумен   │(2,7 г/см ), │

<span Courier New"">││или двухмер- │            │Na Al[Si O  ]      │Жадеит     │низкая       │

<span Courier New"">││ныерадикалы)├─────────────┼───────────────────┼───────────┤твердость.   │

<span Courier New"">││             │[Si O  ]    │Ca Mg [Si O  ]     │Тремолит   │             │

<span Courier New"">││            │(амфиболы)   │NaCa[Si O  ]      │Роговая    │             │

<span Courier New"">││             │             │                   │обманка    │             │

<span Courier New"">││             │             │Mg [Si O ] 3Mg(OH)│Хризотил   │             │

<span Courier New"">││            ├─────────────┼───────────────────┼───────────┼─────────────┤

<span Courier New"">││Цепочечные   │[SiO ]       │Ca,Mg[SiO ]        │   ---    │породо -     │

<span Courier New"">││метасиликаты │            │Mg[SiO ]          │   ---     │образующие   │

<span Courier New"">││             │             │LiAl[SiO ]         │   ---    │минералы     │

<span Courier New"">├─┼─────────────┼─────────────┼───────────────────┼───────────┼─────────────┤

<span Courier New"">│5│Простран-    │Бесконечные  │SiO                │           │Характерны   │

<span Courier New"">││ственный,   │трехмерные   │                   │-кварц     │небольшая    │

<span Courier New"">││каркасный    │радикалы     │                   │           │плотность    │

<span Courier New"">││             │[SiO ]  или │                  │-тридимит, │и твердость, │

<span Courier New"">││             │[Si O ] ,    │                  │кристобалит│светлая     │

<span Courier New"">││             │в томчисле  │Na[AlSiO ]         │нефелин    │окраска,     │

<span Courier New"">││             │    со      ├───────────────────┼───────────┤сравнительно│

<span Courier New"">││             │значительмым│К ркасные алюмо-  │полевые   │невысокие    │

<span Courier New"">││            │замещением   │  силикаты         │шпаты      │температуры  │

<span Courier New"">││             │Si на Al     │(K,Na)[AlSi O ]    │           │плавления    │

<span Courier New"">││             │            ├───────────────────┼───────────┤(1100-1700С)│

<span Courier New"">││             │[(Si,Al)O]  │Каркасные алюмоси-│Цеолиты-   │             │

<span Courier New"">││             │             │ликаты в виде фо-  │молекуляр- │             │

<span Courier New"">││             │             │нарей сцентральной│ные сита   │             │

<span Courier New"">││             │             │плотностью, чаще   │           │             │

<span Courier New"">││             │             │из 24 тетраэдров   │           │             │

<span Courier New"">││             │             │[(Si,Al)O ]:       │           │             │

<span Courier New"">││             │             │Na [Al Si O ]2NaOH│           └┐            │

<span Courier New"">││             │             │H O                │Гидросодалит│            │

<span Courier New"">││             │             │Na Ca [Al Si O ]   │           ┌┘            │

<span Courier New"">││             │             │      30H O        │Фожазит    │             │

<span Courier New"">││             │             │Na [Al Si O ] 12HO│Шабазит    │             │

<span Courier New"">└─┴─────────────┴─────────────┴───────────────────┴───────────┴─────────────┘

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">Многообразиеструктурных типов силикатных соединений определяется

<span Courier New"">важнейшим закономкристаллохимии силикатов: кремнекислородные

<span Courier New"">тетраэдры,входящие в состав сложных силикатных радикалов, объединяются

<span Courier New"">друг с другомтолько общими вершинами (а не ребрами или гранями)

<span Courier New"">и сохраняют свойсостав и строение. Это объясняют сильным взаимным

<span Courier New"">сталкиваниеммежду многозарядными атомами (ионами) кремния, занимающими

<span Courier New"">центральноеположение в каждом соседнем тетраэдре. Так, например,

<span Courier New"">в кристаллах кварца(SiO ) каждый кремнекислородный тетраэдр дает

<span Courier New"">на образованиесилоксановых связей четыре вершины:  

<span Courier New"">                                   

<span Courier New"">                                     │

<span Courier New"">                                     O

<span Courier New"">                                     │

<span Courier New"">                           ─── O ───Si─── O───

<span Courier New"">                                     │

<span Courier New"">                                     O

<span Courier New"">                                     │

<span Courier New"">

<span Courier New"">Образуетсясплошной трехмерный каркас (каркасный тип структуры).

<span Courier New"">В кристалах болеесложных силикатов тетраэдры [SiO ]  могут давать

<span Courier New"">на связь Si — O — Si одну, две или три вершины.

<span Courier New"">Тетраэдры внутрисложных радикалов чаще не самостоятельных:

<span Courier New"">атомы кислорода,через который осуществляется силоксановая

<span Courier New"">связь,принадлежат одновременно каждой из объединившийхся

<span Courier New"">структурныхединиц. Такие атомы кислорода называются поделен-

<span Courier New"">ными. Например,шесть кремнекислородных групп тетраэдров,

<span Courier New"">имеющих по дваобщих атома кислорода, могут соединяться в

<span Courier New"">замкнутое кольцо.

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">Так возникаеткольцевой тип структуры, которым, в частности,

<span Courier New"">обладает минералберилл. Во многих силекатах кремнекислородные

<span Courier New"">тетраэдры связаныв бесконечно протяжные цепочечные структуры.

<span Courier New"">Цепочки могутбыть толщиной в один тетраэдр, и тогда в них

<span Courier New"">соотношениекремния и кислорода равно 1:3, в сдвоенных цепочках

<span Courier New"">(лентах) — 4:11.Одинарные и сдвоенные цепочки соединяются между

<span Courier New"">собой катионами.Силикаты, структура которых образована одинар-

<span Courier New"">ными цепочкамикремнекислордных тетраэдров, называются

<span Courier New"">пироксенами.Более сложная формула силикатов со сдвоенными

<span Courier New"">цепочкамипредставлена амфиболами.

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">При соединениикремнекислородных тетраэдров тремя вершинами

<span Courier New"">образуютсяплоские слои тетраэдров, у которых свободна только

<span Courier New"">одна вершина. Этослоистый тип структуры. Слои могут по-разному

<span Courier New"">связываться междусобой. В структуре слюд два таких слоя,

<span Courier New"">обращенные друг кдругу свободными атомами кислорода, соединя-

<span Courier New"">ются катеонами.

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">Как видно изрисунка, в каждом плоском слое кремнекислородных

<span Courier New"">тетраэдров на дваатома Si приходится по три атома кислорда,

<span Courier New"">общих длясоседних тетраэдров, и два свободных кислорода в

<span Courier New"">вершинахтетраэдров. Таким образом, состав слоя отвечает

<span Courier New"">формуле Si O, асостав двух — [Si O ] .                     

<span Courier New"">    Островной тип структуры. В этом случаекремнекислордные

<span Courier New"">тетраэдры несоединяются друг с другом через вершины, как в

<span Courier New"">другихструктурах, а изолированы, разобщены и связываются в

<span Courier New"">единую структурудвухвалентными катионами магния и железа, у

<span Courier New"">которых близкийразмер радиуса.

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">Поэтому составминералов с такой структурой можно выразить

<span Courier New"">формулой (Mg,Fe)[SiO ]. Это формула минерала оливина.

<span Courier New"">    Все структуры характеризуются общимисвойствами и прежде

<span Courier New"">всегообъемностью, непрерывностью по всем трем измерениям

<span Courier New"">пространства.Изолированныекремне- и алюмокислородные тетраэдры

<span Courier New"">их кольца, цепи,ленты, листы и каркасы соединены катеомами с

<span Courier New"">относительнобольшими радиусами в бесконечно большие конструк-

<span Courier New"">ции.Структураминералов основывается на ионной связи, молекуляр-

<span Courier New"">ные силыотсутствуют.

<span Courier New"">    Изучение структур силикатов позволилосовсем недавно правиль-

<span Courier New"">но установить иххимические формулы, отвечающие составу в тех

<span Courier New"">случаях, когдаправильная формула нарушилась колебаниями в сос-

<span Courier New"">таве вследствиеизоморфныхзамещений. Однако оно раскрыло прежде

<span Courier New"">всего важныесвязи между кристалическими структурами и физически-

<span Courier New"">ми химическимисвойствами силикатов. Такие свойства, как твер-

<span Courier New"">дость, плотность,расщепляемость, термическая устойчивость, незна-

<span Courier New"">чительнаярастворимость, определенным образом связаны с внутрен-

<span Courier New"">ним строениемсиликатов.    

<span Courier New"">Для силикатныхминералов как природных, так и искуственных харак-

<span Courier New"">терны изоморфныезамещения (изоморфизм) — взаимное замещение

<span Courier New"">ионов вкристалической структуре без нарушения ее строения. Сос-

<span Courier New"">тав природныххимических соединений меняется не случайно, а за-

<span Courier New"">кономерно — взависимости от величины радиусов инонов и координа-

<span Courier New"">ционногочисла.Если существует определенная структура, в нее

<span Courier New"">могут войти(путем замещения или внедрения) не любые химические

<span Courier New"">элементы, а лиште, размер ионов которых будет отвечать данной

<span Courier New"">структуре.

<span Courier New"">Минералы группыоливина представляют собой непрерывный изоморф-

<span Courier New"">ный ряд отжелезистого до магнитного представителя. Такой изо-

<span Courier New"">морфизмназывается изовалентным. Ниболее распространен другой

<span Courier New"">тип изоморфизма — гетеровалентный, тпри которм взаимозамещаются

<span Courier New"">ионы различнойвалетнтности, но замещение происходит с компен-

<span Courier New"">сацией зарядов,т.е. при сохранении электростатического баланса

<span Courier New"">кристалическойрешетки. Вывод о том, что этот тип изоморфизма

<span Courier New"">(диагональный)обусловлен близостью размеров (радиусов, оъбемов)

<span Courier New"">у соседних атомовпо диагонали в периодической системе элементов,

<span Courier New"">был сделанД.И.Менделеевым и развит А.Е.Ферсманом.

<span Courier New"">Пригетеровалентном изоморфизме чаще возникает необходимость

<span Courier New"">зарядовой компенсации.В структуре при этом образуются вакансии.

<span Courier New"">Для компенсациизаряда внедряются дополнительные атомы.

<span Courier New"">    Изоморфные замещения влияют на дефектностьструктур минира-

<span Courier New"">лов, которая, какизвестно, является одним из существенных

<span Courier New"">факторов,приводящих к изменению физических, химических и тех

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New""> 

<span Courier New"">

<span Courier New""> 

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New""> 

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New""> 

еще рефераты
Еще работы по химии