GLINOKrzemiany – naturalne i syntetyczne krzemiany zawierające atomy glinu i krzemu w złożonych anionach.
Rosyjski naukowiec Dmitrij Iwanowicz Mendelejew był pierwszym, który wysunął pomysł, że glinokrzemiany są „związkami nieokreślonymi”, takimi jak stopy, ale nie są to proste ciała, ale tlenki SiO 2 i Al 2 O 3, które są bliskie swoim właściwościom… Sam termin „glinokrzemiany” został wprowadzony do mineralogii przez Władimira Iwanowicza Wernadskiego, który jako pierwszy prawidłowo ocenił rolę aluminium w budowie minerałów. XIX wieku zaczął tworzyć swoją teorię budowy glinokrzemianów. Podobnie jak DI Mendeleev mówił o bliskości funkcji chemicznych krzemu i tlenków glinu. Odrzucił pomysł, że glinokrzemiany są solami kwasu krzemowego. Jego zdaniem glinokrzemiany są pochodnymi złożonych rodników glinokrzemianowych, tzw. Jąder kaolinu. Hipoteza „rdzenia kaolinowego” jako zamkniętej grupy atomów krzemu, glinu i tlenu okazała się istotna w rozszyfrowaniu struktury skaleni.
Na początku XX wieku. zgromadził obszerne dane eksperymentalne dotyczące składu i właściwości glinokrzemianów, ale ich struktura wciąż pozostawała tajemnicą. Odkrycie w 1912 roku przez niemieckich fizyków Maxa von Laue, Knippinga Paula (1883-1935) i Waltera Friedricha Waltera (1883-1968) zjawiska dyfrakcji promieni rentgenowskich na kryształach i stworzenie przez Williama Henry’ego (Bragg William Henry) (1862 -1942) i William Lawrence (1890-1971) Braggs na podstawie całkowicie nowej metody badania materii – rentgenowskiej analizy strukturalnej.
W latach 1925-1931 przeprowadzono intensywne badania dyfrakcji rentgenowskiej krzemianów i glinokrzemianów i stwierdzono, że głównym „budulcem” tych związków jest atom krzemu lub glinu otoczony czterema atomami tlenu – tetraedr tlenowy krzemu (ałunu). SiO 4 (AlO 4 ). Różnorodność glinokrzemianów tłumaczy się różnymi sposobami łączenia tych czworościanów, które zwykle są połączone wierzchołkami, tworząc wiązania Si-O-Si i Si-O-Al (rys. 1).
Glinokrzemiany są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie; stanowią do 50% masy skorupy ziemskiej. Naturalne glinokrzemiany to przede wszystkim skalenie o strukturze szkieletowej (np. Ortoklaz NaAlS 3 O 8 , albit NaAlSi 3 O 8 , anortyt CaAl 2 Si 2 O 8 ).
Glinokrzemiany ramy mają ciągłą trójwymiarową ramę czworościanów połączonych wspólnymi wierzchołkami. Nie są znane żadne przypadki klejenia czołowego lub krawędziowego. Wszystkie atomy tlenu w tetraedrach krzemu i glinu są wspólne. Ponieważ generalnie połączenie powinno być elektrycznie obojętne, wnęki między wielościanami są dodatkowo wypełnione kationami, które neutralizują ujemny ładunek szkieletu powstający przy wymianie krzemu na aluminium.
Glinokrzemiany ramowe są podstawą wielu kamieni ozdobnych. Niektóre kamienie szlachetne to takie glinokrzemiany, na przykład beryl (Be 3 Al 2 ) Si 6 O 18 i jego barwne odmiany: akwamaryn (niebieski, domieszka tlenku żelaza) i szmaragd (zielony, domieszka tlenku chromu). W budownictwie wykorzystuje się skalenie w różnych skałach, takich jak granit. Syntetyczne glinokrzemiany otrzymywane przez ogrzewanie tlenków glinu i krzemu z tlenkami metali stanowią główną fazę krystaliczną materiałów ceramicznych.
Zeolity są związkami niestechiometrycznymi, ich skład jest bardzo zróżnicowany, tworząc szereg stałych roztworów. Struktura krystaliczna zeolitów składa się z czworościanów [SiO 4 ] 4- i [AlO 4 ] 5- połączonych wierzchołków w siatkowych rusztowaniach we wnękach i kanałach, które są metalowymi kationami cząsteczki i H 2 O. Charakteryzują się luźną strukturą z szerokimi kanałami (rys. 2).
To pozwala im na wymianę kationów metali i cząsteczek wody we wnękach sieci. Naturalne i syntetyczne zeolity są szeroko stosowane jako wymieniacze kationowe, na przykład w zmiękczaniu wody.
Jeśli woda zaadsorbowana w ich wnękach zostanie całkowicie usunięta ze zeolitów, działają one jak sita molekularne: cząsteczki dwutlenku węgla, amoniaku i innych substancji mogą być selektywnie adsorbowane w pustych wnękach. Dlatego zeolity są wykorzystywane jako adsorbenty w chromatografii, a także w oczyszczaniu, suszeniu i separacji gazów.
Zeolity są katalizatorami kwasowymi. Ruchome kationy, na przykład kationy sodu, podczas przemywania zeolitu roztworami kwasów są wymieniane na kationy wodorowe z utworzeniem kwasów Bronsteda. Jeśli taki zeolit zostanie podgrzany, woda może opuścić miejsca kwasowe Bronsteda, a atomy glinu pozostaną, skoordynowane tylko z trzema atomami tlenu (ryc. 3).
Produkt reaguje jak kwas Lewisa. Zaletą zeolitów w porównaniu z innymi katalizatorami jest to, że utworzone miejsca katalityczne są liczne, równomiernie rozmieszczone w szkielecie i mają taką samą aktywność.
Jako nośniki katalizatorów stosuje się wiele zeolitów.
Inną grupą glinokrzemianów szkieletowych są ultramaryny, które naturalnie występują w postaci niebieskozielonego mineralnego lazurytu (Na, Ca) 8 (Al, Si) 12 O 24 (S, SO 4 ). Różnią się od skaleni i zeolitów otwartą siatką i intensywnym kolorem. W przeciwieństwie do innych krzemianów szkieletowych, ultramaryny są bezwodne i zawierają różne aniony: polisiarczki, siarczany, chlorki. Uważa się, że niebieski kolor ultramaryn wynika z obecności rodnikowych anionów S 3 -, zielony – z obecności S 3 – i S 2 – oraz czerwony – S 4 -.
Rozkładowi glinokrzemianów szkieletu na powierzchni Ziemi i ich przemianie w krzemiany warstwowe (iły i inne osady) towarzyszą olbrzymie efekty wiązania energii. W związku z tym aluminium przypisuje się roli głównego akumulatora energii słonecznej w skorupie ziemskiej.
Skały dowolnego typu: krystaliczne, klastyczne, gliniaste i amorficzne na powierzchni litosfery są niszczone przez pochłanianie energii słonecznej. Proces ten często nazywany jest wietrzeniem, chociaż wiatr nie bierze w nim udziału.
Zwykle proces zaczyna się od fizycznego kruszenia. Kiedy minerały są niszczone, substancja skał pochłania energię słoneczną, która jest wykorzystywana do zwiększenia wolnej powierzchni.
Rozkład biochemiczny wyraża się w niszczeniu struktury minerałów z utworzeniem nowych minerałów (głównie gliny), stabilnych w warunkach powierzchniowych litosfery. W tym większa lub mniejsza część organizmów stopniu odbiorze, zarówno bezpośrednio, jak i pośrednio – przez żywotnych produktów aktywności (tworzenie gleby ( zob . Także gleby) wolnego tlenu rozpuszczonego w wodzie i organiczne kwasy i in.).
Np. Krystaliczny albit glinokrzemianowy NaAlSi 3 O 8 rozkłada się na bezpostaciowy opal – wodorotlenek krzemu SiO 2 nH 2 O i minerał ilasty – kompozycja kaolinitu Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. przez wzrost substancji nasycających energię, ponieważ odległość między atomami w nim wzrasta. Zachodzi również geochemiczna akumulacja energii słonecznej, ponieważ liczba koordynacyjna glinu w skalenie wynosi 4, aw powstałych dzięki nim minerałach ilastych wzrasta do 6.
W warstwowych glinokrzemianach tetraedry krzemu i tlenku glinu są połączone w jednej płaszczyźnie w ciągłą warstwę. Warstwy czworościanów są od siebie odizolowane. Połączenie między warstwami zapewniają siły van der Waalsa lub siły przyciągania elektrostatycznego za pomocą kationów, które neutralizują ujemne ładunki warstw. Ze względu na obecność warstw czworościanów i słabe wiązania między nimi warstwowe glinokrzemiany tworzą agregaty płatkowe, arkuszowe lub tabelaryczne.
Warstwowe glinokrzemiany zawierają niektóre minerały ilaste, takie jak haloizyt (H 2 O) 4 [Al 2 (Si 2 O 5 ) (OH) 4 ]. Wszystkie takie minerały zawierają cząsteczki wody między warstwami sieci. W niektórych z nich, na przykład wermikulit (Ca, Mg) 0,7 (Mg, Fe III, Al) 6 (Al, Si) 8 O 20 · 8H 2 O, woda jest szybko usuwana po podgrzaniu, a minerał ulega rozwarstwieniu. Odwodniony wermikulit jest stosowany jako lekki wypełniacz przy produkcji papieru, tworzyw sztucznych i farb, a także materiałów opakowaniowych.
Mokre gliny (składające się z cząstek o wielkości mniejszej niż 0,001 mm) są plastyczne. Po wyschnięciu zachowują nadany im kształt, a po wypaleniu twardnieją. Stosowane są do czyszczenia różnych produktów (olej, oleje, woda itp.), Odtłuszczania tkanin, przy produkcji granulatu rudy żelaza, keramzytu, w odlewnictwie, medycynie, do produkcji mydła, cegieł prostych i ogniotrwałych, fajansu i innych produkty.
Minerały z grupy miki tworzą warstwową siatkę z jonami „gościa” pomiędzy warstwami krzemianu „żywiciela” (ryc. 4).
Miki łatwo rozszczepiają się na bardzo cienkie, elastyczne i jednocześnie sprężyste płytki. Posiadają wysokie właściwości dielektryczne i ognioodporność. W postaci cienkich tafli są przezroczyste, dlatego kiedyś były używane jako szyby okienne. Obecnie, ze względu na swoje wysokie właściwości dielektryczne, mika jest stosowana w przemyśle elektrycznym, radiotechnice i przy produkcji instrumentów.
