Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

12.2: Силікати та форми речей

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    20707

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Мета навчання
    • Опишіть різні види мінералів на основі силікатів.

    Силікати - найбільший, найцікавіший і складний клас мінералів, ніж будь-які інші мінерали. Приблизно 30% всіх корисних копалин складають силікати, а деякі геологи підрахували, що 90% земної кори складається з силікатів, матеріалу на основі SiO 4 4-. Таким чином, кисень і кремній є двома найпоширенішими елементами в земній корі.

    Будівельним блоком всіх цих мінералів є тетраедр кремнію, комбінація чотирьох атомів кисню і одного атома кремнію. Як ми бачили, це називається тетраедр, тому що площини, проведені через атоми кисню, утворюють форму з 4 поверхнями (рис.\(\PageIndex{1}\)). Оскільки іон кремнію має заряд 4, а кожен з чотирьох іонів кисню має заряд −2, тетраедр кремнію має чистий заряд −4.

    12B.png
    \(\PageIndex{1}\)Малюнок Один тетраедр кремнію (зліва) з чотирма іонами кисню на іон кремнію (SiO 4). Частина єдиного ланцюга тетраедр (праворуч), де атоми кисню на прилеглих кутах поділяються між двома тетраедрами (стрілками). Для дуже довгого ланцюга отримане співвідношення кремнію до кисню становить 1 до 3 (SiO 3).

    У силікатних мінералах ці тетраедри розташовані і пов'язані між собою різними способами, від одиничних одиниць до складних каркасів (табл.\(\PageIndex{1}\)).

    Таблиця\(\PageIndex{1}\) силікатних мінеральних конфігурацій (Трикутники представляють тетраедру кремнезему).
    Зображення конфігурації тетраедра Назва конфігурації тетраедра Приклад мінералів
    Один трикутник Ізольовані (незосилікати) Олівін, гранат, циркон, кіаніт
    Два трикутника з'єдналися на кінчиках. Пари (соросилікати) Епідот, цоізит
    Шість трикутників, з'єднаних між собою в коло, утворюючи зірку Кільця (циклосилікати) Турмалін
    П'ять трикутників, з'єднаних між собою в лінію. Одинарні ланцюги (іносилікати) Піроксени, волластоніт
    Два ряди трикутників, з'єднаних між собою Подвійні ланцюги (іносилікати) Амфіболи
    Кілька рядів трикутників, з'єднаних між собою Листи (філлосилікати) Слюда, глинисті мінерали, серпантин, хлорит
    3-вимірна структура Фреймворк (тектосилікати) Польові шпати, кварц, цеоліт

    В крайньому випадку тетраедри розташовуються регулярно, впорядковано, утворюючи тривимірну мережу. Кварц - це така структура (рис.\(\PageIndex{2}\)), а його формула - SiO 2. Якщо кремнезем в розплавленому стані охолоджується дуже повільно, він кристалізується в точці замерзання. Але якщо розплавлений кремнезем охолоджується швидше, отримане тверде тіло є безладним розташуванням, яке називається склом, часто також називається кварцом.

    1AB.jpg
    Малюнок\(\PageIndex{2}\) Кристалічна структура альфа (зліва) і бета (праворуч) кварцу. Червоні кульки кисневі, а сірі - кремнієві.
    Примітка:

    Силікати є надзвичайно важливими матеріалами, як природними (такими як граніт, гравій, гранат), так і штучні (такі як портландцемент, кераміка, скло, рідке скло), для всіляких технологічних і художніх заходів. Джерело: Вікіпедія

    Окуляри

    Скло - це некристалічна, часто прозора аморфна тверда речовина, яка має широке практичне, технологічне та декоративне застосування, наприклад, у віконних стеклах, посуді, оптиці та оптоелектроніці. Найбільш звичними і історично найдавнішими видами виготовленого скла є «силікатні скла» на основі хімічної сполуки кремнезему (діоксиду кремнію, або кварцу), первинної складової піску. Термін скло, у популярному використанні, часто використовується для позначення лише цього типу матеріалу, який знайомий з використання в якості віконного скла та скляних пляшок. З багатьох існуючих стекол на основі кремнію звичайне скління та контейнерне скло утворюється із певного типу, званого натрієво-вапняним склом, що складається приблизно з 75% діоксиду кремнію (SiO 2), оксиду натрію (Na 2 O) з карбонату натрію (Na 2 CO 3), оксиду кальцію ( СаО), яку ще називають вапном, і кілька незначних добавок.

    У таблиці\(\PageIndex{2}\) наведено найбільш поширені види силікатних стекол та їх інгредієнти, властивості та застосування. На малюнку\(\PageIndex{3}\) наведені приклади силікатних стекол.

    Таблиця\(\PageIndex{2}\) поширених видів силікатних стекол.
    Тип і властивості Ключові інгредієнти Додатки
    Плавлений кварц має дуже низьке теплове розширення та чудову стійкість до теплового удару, здатний пережити занурення у воду, поки червоний гарячий, протистоїть високим температурам (1000-1500° C) та хімічному вивітрюванню, і дуже твердий. Хімічно чистий кремнезем (діоксид кремнію) Використовується для високотемпературних застосувань, таких як пічні труби, освітлювальні трубки, плавильні тиглі тощо.
    Содово-вапняно-кремнеземне скло прозоре, легко формується і найбільш підходить для віконного скла та посуду. [68] Однак він має високе теплове розширення і погану стійкість до нагрівання. (Na 2 O) + вапно (CaO) +магнезія (MgO) + глинозем (Al 2 O 3) становить понад 75% виготовленого скла, що містить близько 70 до 74% кремнію за вагою Зазвичай використовується для вікон, пляшок, лампочок та банок. [
    Натрієві боросилікатні скла мають досить низькі коефіцієнти теплового розширення (7740 Pyrex CTE становить 3,25×10 −6 /°C [69] порівняно з приблизно 9×10 −6 /°C для типового натрієво-вапняного скла [70]). Тому вони менш схильні до стресу, спричиненого тепловим розширенням, і, таким чином, менш вразливі до розтріскування від теплового удару. 5— 13% триоксиду бору (B 2 O 3) Зазвичай використовується для, наприклад, лабораторного посуду (наприклад, Pyrex, Duran), побутового посуду та герметичних променевих автомобільних головних ламп. [
    Свинцево-оксидне скло, кришталеве скло, свинцеве скло s має високу щільність, що призводить до високої щільності електронів, а отже, і високого показника заломлення, що робить вигляд скляного посуду більш блискучим і спричиняючи помітно більше дзеркальне відображення та підвищену оптичну дисперсію. [61] [72] Свинцеве скло має високу еластичність, що робить скляний посуд більш працездатним і породжує чіткий звук «кільця» при ударі. кремнезю+оксид свинцю (PbO) +оксид калію (K 2 O) +сода (Na 2 O) +оксид цинку (ZnO) +оксид алюмінію Використовується для посуду, предметів мистецтва, оптичного скла.
    Алюмосилікатне скло, як правило, складніше розплавляється та формується порівняно з боросилікатними складами, але має чудову термічну стійкість та довговічність. глинозем і кремнезем Широко використовується для склопластику, використовується для виготовлення армованих склопластиків (човни, вудки тощо), посуду з верхньої плити та скла галогенних колб.
    Германієво-оксидне скло - надзвичайно прозоре скло. Світло втрачає лише 5% своєї інтенсивності через 1 км скловолокна. глинозем + діоксид германію (GeO 2). Використовується для волоконно-оптичних хвилеводів в мережах зв'язку.
    Кольорове скло - це прозоре скло з додаванням оксидів. Різні оксидні добавки виробляють різні кольори в склі: бірюзовий (оксид міді (II)), [121] фіолетовий (діоксид марганцю), червоний (сульфід кадмію), синій (оксид кобальту) і зелений (оксид заліза (II) і оксид хрому (III)). Використовується для посуду і декоративного скляного посуду.

    clipboard_e82a242d4f31d9e884bd8632713b0a0d9.pngclipboard_e86449210a2617ccfc15ae1d5d38aef74.pngclipboard_e3fd318e50403a86be2f164f16fada2b3.png

    а. б. в.

    Малюнок \(\PageIndex{3}\)Приклади силікатних окулярів: a. мірна чашка Pyrex, б. червона скляна пляшка з жовтою скляною накладкою та c. чотириколірна римська скляна чаша, виготовлена близько 1 століття до н.е..

    Азбест

    Азбест - це назва, що застосовується до шести природних мінералів, які видобуваються із землі. Різні види азбесту:

    • Амозит
    • Хризотил
    • Тремоліт
    • ActinoLite Відключити Посилання
    • антофіліт
    • Кроцидолит

    З цих шести частіше використовуються три. Хризотил (білий) - найпоширеніший, але з ним не дивно зустрітися. Амозит (коричневий/майже білий), або кроцидолит (синій), а також. Азбест - це негорючий волокнистий матеріал, і вони були використані для клемних ізоляційних матеріалів, гальмівних накладок, будівельних матеріалів та фільтрів. При змішуванні з цементом він підсилює механічну міцність бетону. Він розкладається через втрату води, і утворює форстерит і кремнезем при високій температурі.

    Кераміка

    Кераміка являє собою твердий матеріал, що містить неорганічну сполуку металу, неметалеві або іонні і ковалентні зв'язки. Поширеними прикладами є фаянс, фарфор, цегла.

    Різні кристалічності та електронного складу в іонних та ковалентних зв'язках призводять до того, що більшість керамічних матеріалів є хорошими тепловими та електричними ізоляторами (широко досліджуваними в керамічній техніці). Завдяки такому великому діапазону можливих варіантів складу/структури кераміки (наприклад, майже всі елементи, майже всі типи склеювання та всі рівні кристалічності) широта предмета велика, і ідентифіковані атрибути (наприклад, твердість, в'язкість, електропровідність тощо) є складно вказати для групи в цілому. Загальні властивості, такі як висока температура плавлення, висока твердість, погана провідність, високі модулі пружності, хімічна стійкість і низька пластичність, є нормою, [1] за відомими винятками з кожного з цих правил (наприклад, п'єзоелектрична кераміка, температура склопереходу, надпровідна кераміка, і т.д.).

    Цемент і бетон

    Цемент - це сполучна речовина, яка використовується для будівництва, яка встановлює, твердне та прилипає до інших матеріалів, щоб зв'язати їх між собою. Цемент рідко використовується самостійно, а скоріше для зв'язування піску і гравію (заповнювача) між собою. Цемент, змішаний з дрібним заповнювачем, виробляє розчин для кладки, або з піском і гравієм, виробляє бетон. Цемент є найбільш широко використовуваним матеріалом у існуванні і знаходиться лише за водою як найбільш споживаний ресурс планети. [1]

    Цементи, що використовуються в будівництві, зазвичай неорганічні, часто на основі вапна або силікату кальцію.

    Бетон - це композитний матеріал, що складається з дрібного та грубого заповнювача, склеєного разом з рідким цементом (цементною пастою), який твердне з часом - найчастіше в минулому цементне в'яжуче на основі вапна, таке як вапняна шпаклівка, але іноді з іншими гідравлічними цементами, такими як алюмінат кальцію або з портландцементом для формування портландцементного бетону (за його візуальну схожість з портландцементом). [2] [3] Багато інших безцементних видів бетону існують з різними способами зв'язування заповнювача між собою, включаючи асфальтобетон з бітумним в'яжучим, який часто використовується для дорожніх покриттів, і полімерні бетони, які використовують полімери в якості сполучного речовини.

    Резюме

    • Силікати - найбільший, найцікавіший і складний клас мінералів, ніж будь-які інші мінерали. Приблизно на 90% земної кори складають силікати, матеріал на основі SiO 4 -.
    • Силікати є надзвичайно важливими матеріалами, як природними (такими як граніт, гравій, гранат), так і штучні (наприклад, портландцемент, кераміка, скло, рідке скло), для всіляких технологічних і художніх заходів

    Дописувачі та атрибуція