Силикаты
Силикаты - наиболее распространенный класс минералов в природе, они слагают более 75 % земной коры (вместе с кварцем - около 87 %). Силикаты включают около 500 минеральных видов, в том числе и важнейшие породообразующие: полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды и др.
В ранее рассмотренных группах минералов (карбонаты, сульфаты, оксиды и гидроксиды) химические составы минералов были выражены, как мы видели, довольно простыми химическими формулами. Среди силикатов к числу таких соединений принадлежит сравнительно небольшое количество минералов. В очень многих случаях данные химических анализов нередко не позволяют вывести простых формул из-за наличия многочисленных примесей и некоторого непостоянства состава минеральных видов. Сложность состава обусловлена, как будет видно далее при описании отдельных групп минералов, кристаллохимическими особенностями этих соединений.
Все силикаты (за редким исключением) химически инертны (неустойчивы лишь к воздействию некоторых кислот, особенно плавиковой НБ).
Они имеют относительно высокие температуры плавления, обладают высокими твердостью и прочностью. Это объясняется, в первую очередь, образованием очень прочной ковалентной связи между атомами кремния и кислорода, составляющими основу всех силикатов.Кремний - элемент IV группы Периодической системы элементов, его электронное строение выражается формулой
![]() |
При образовании химической связи атом кремния переходит в возбужденное состояние и внешняя электронная оболочка его имеет вид
В соответствии с теорией гибридизации атомных орбиталей 5- и /»-электроны выравниваются по форме и энергии, образуя четыре равноценные \//’-гибридные орбитали:
Образовавшиеся четыре равноценные орбитали располагаются в пространстве на максимальном удалении друг от друга, образуя энергетически выгодную тетраэдрическую пространственную конфигурацию (рис.
6).![]() |
Во всех изученных силикатах каждый ион кремния всегда находится в окружении четырех ионов кислорода, располагающихся в углах по тетраэдру вокруг него (рис. 7). Связь ионов кислорода с кремнием гораздо сильнее, нежели с другими металлами, играющими роль катионов в кристаллических структурах силикатов. Размеры кремнекислородных тетраэдров почти строго постоянны.
![]() Рис. 7. Кремнекислородный тетраэдр |
Таким образом, кремнекислородный тетраэдр, т. е. группа [8Ю4]4~, является минимальной структурной единицей всех силикатов.
Кремнекислородные тетраэдры в кристаллических структурах силикатов могут либо находиться в виде изолированных друг от друга структурных единиц [8Ю ], либо сочленяться друг с другом разными способами, образуя сложные комплексные анионные радикалы. При этом сочленение совершается только через вершины тетраэдров с образованием общих анионов, но не через ребра или грани. Наиболее полный случай таких сочленений, когда все четыре вершины каждого тетраэдра одновременно являются общими и для окружающих четырех тетраэдров [8Ю4], имеет место для кристаллических структур минералов группы кварца с общей формулой вЮ,,. Следовательно, отношение О : 81 в комплексных анионных радикалах силикатов может колебаться в пределах от 4:1 до 2:1.
В силикатах велика роль алюминия, причем не только как обычного иона металла, который нейтрализует заряд [8Ю4]4_. Ион алюминия А13+ может замещать ион кремния в тетраэдре, т. е. входить в состав кремнекислородного мотива:
15
Замещение кремния на алюминий является примером так называемого изоморфного замещения, при котором не нарушается строение кристаллической решетки вещества.
Таким образом, изоморфизм - свойство веществ, близких по химическому составу, кристаллизоваться в одинаковых формах.
Явление изоморфизма открыто Э. Мичерлихом в 1819 г. на примере соединений
причем первые два вещества образуют смешанные кристаллы (твердые растворы) с единой (общей) кристаллической решеткой при любом соотношении Р : Ав (совершенный изоморфизм); в любых других парах аналогичные замещения ограничены количественно (ограниченный изоморфизм).
Ранее считалось, что главное условие существования изоморфизма - химическая близость, т. е. близкие химические свойства, одинаковая валентность. С этих позиций изоморфными можно считать ряды
Но оказалось невозможным заменить натрий на рубидий без изменения кристаллической решетки; в природе крайне мало калий-натриевых полевых шпатов, так как они неустойчивы. Установлено, что решающим фактором является близость радиусов ионов, а близость химических свойств и валентность отходят на второй план. Так, ионы натрия и кальция (г(ТЧа+) = 0,98 А, г(Са2+) = = 1,02 А) способны изоморфно замещать друг друга в кристаллах. Близостью ионных радиусов этих элементов объясняется то, что 50 % земной коры представлено плагиоклазами - натрий-кальциевыми полевыми шпатами (иначе, возможно, натриевый и кальциевый полевой шпат кристаллизовались бы раздельно).
Различные по форме сочетания взаимно связанных тетраэдров [БЮ4] называются кремнекислородными радикалами, или кремнекислородными мотивами. В зависимости от того, происходит ли сочленение кремнекислородных тетраэдров и каким образом оно происходит, силикаты разделяют на несколько групп.
Еще по теме Силикаты:
- 1.4.1.1 тип. Силикаты с кремнекислородными мотивами конечных размеров
- II тип. Силикаты с кремнекислородными мотивами бесконечных размеров
- Оглавление
- Рекомендуемая литература
- Выбор краски
- ИНЪЕКЦИОННОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ СПОСОБАМИ СИЛИКАТИЗАЦИИ И СМОЛИЗАЦИИ
- Предисловие
- Химический иминеральный состав портландцементного клинкера
- Глава 1. ХИМИЧЕСКИЙ И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ПРИРОДНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
- Сооружение монолитных полов
- 11.2.4. Закрепление грунтов
- Минералы цементного клинкера
- Модульные характеристики цементного клинкера