Силикаты и их использование

Содержание

Введение

1. Становление науки о силикатах

2. Кристаллохимическая систематика силикатов

3. Процессы образования силикатов в земной коре

4. Яркие представители группы силикатов

5. Применение и искусственное происхождение силикатов

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Силикаты и алюмосиликаты представляют собой обширную группу минералов. Для них характерен сложный химический состав и изоморфные замещения одних элементов и комплексов элементов другими. Главными химическими элементами, входящими в состав силикатов, являются O, Si, Al, Fe²⁺ , Fe³⁺ , Mg, Mn, Ca, Na, K, а также Li, B, Be, Zr, Ti, F, H, в виде (OH)^1- или H₂ O и др.

Общее количество минеральных видов силикатов около 800. По распространённости на их долю приходится более 90% минералов литосферы. Силикаты и алюмосиликаты являются породообразующими минералами. Из них сложена основная масса горных пород: полевые шпаты, кварц, слюды, роговые обманки, пироксены, оливин и др. Самыми распространёнными являются минералы группы полевые шпаты и затем кварц, на долю которого приходится около 12% от всех минералов.

1. Становление науки о силикатах

Хотя история развития человеческого общества тесно переплетена с использованием силикатов как природного, так и искусственного происхождения, научный подход к изучению этих соединений сформировался относительно поздно – в конце XVIII – начале XIX столетия вместе со становлением химической науки. Это объясняется и специфическими особенностями силикатов: сложностью строения, вариациями химического состава, нерастворимостью и химической пассивностью, способностью к переходу в нестабильные состояния и высокой температурой плавления.

Первой научной теорией по систематике силикатов была так называемая поликремневая теория силикатов, которая на протяжении длительного времени (конец первой половины XIX ‑ 20-е годы XX века) играла важную роль в химии силикатов. Согласно этой теории, силикаты рассматривались как соли кремниевых кислот общей формулы nSiO2 " mH2O (n, m – целые числа). Значениям n > 1 соответствовали поликремневые кислоты. Простейшими представителями кремниевых кислот являются метакремневая H2SiO3 (n = 1, m = 1), ортокремневая Н4SiO4 (n = 1, m = 2), двуметакремневая H2Si2O5 (n = 2, m = 1), пирокремневая H6Si2O7 (n = 2, m = 3). Соли этих кислот получили названия мета-, двумета-, орто- и пиросиликатов соответственно. Для простых силикатов такие названия общеприняты и в настоящее время. Невозможность выделения кремниевых кислот в чистом виде из-за их коллоидного характера оставляла открытым вопрос о солеобразной природе силикатов. Более того, многообразие силикатов не укладывалось в рамки этой теории. Например, минералы жадеита NaAlSi2O6 и лейцита KAlSi2O6 относятся, казалось бы, к солям метакремниевой кислоты, но по своим свойствам сильно отличаются друг от друга. В приведенном случае поликремневая теория не смогла дать ответ о связи между химическим составом силикатных соединений и их строением, что является основной задачей любой систематики. Однако при формировании поликремневой теории была высказана гениальная догадка о полимеризации атомов кремния через атомы кислорода.

В своих трудах, посвященных природе силикатов, Д.И. Менделеев указывал на противоречия поликремневой теории. Он высказал идею об изоморфном замещении в силикатах не только оксидов одинакового типа, но и разных, таких, как SiO2 и Al2O3. Это наводило на мысль о сходстве и химических свойств этих оксидов. Далее на основании достаточно широкой вариации соотношения между основными и кислотными оксидами в силикатах Д.И. Менделеев отмечал, что нельзя объяснить все многообразие силикатов только существованием полимерных форм кремниевых кислот. По его мнению, силикаты представляют собой не соли, а «неопределенные соединения», такие, например, как сплавы, но не простых тел, а близких по своим свойствам оксидов. Д.И. Менделеев объяснял особенности силикатных «неопределенных соединений» не существованием различных видов поликремневых кислот, а полимеризацией большинства соединений кремния. Учение Д.И. Менделеева сыграло большую роль в дальнейшем понимании природы силикатов. В конце XIX века химические методы исследования (аналитические и синтетические) исчерпали свои возможности в познании силикатов. Исследователи начали искать новые пути решения проблем силикатов. Наиболее значительные результаты были достигнуты в физико-химическом и геохимическом направлениях.

Метод физико-химического анализа, созданный Н.С. Курнаковым в 20-е годы XX столетия, представляет собой синтез идей химической термодинамики и топологии. В рамках этого метода наиболее информативным оказалось рассмотрение диаграммы температура-состав (диаграмма состояния). Диаграммы состояния позволяют судить о температурно-концентрационных интервалах существования кристаллических и жидких силикатов, их превращениях (плавление, кристаллизация, разложение или соединение). Результаты многочисленных исследований диаграмм состояния (бинарных, тройных и более компонентных систем) обобщаются в соответствующих справочниках, в компьютерных банках данных, монографиях и учебных пособиях. Особенный интерес диаграммы состояния представляют для понимания процессов минералообразования, в материаловедении и технологии силикатов. В настоящее время ис