- Polikrzemiany
- Jon Ortokrzemianowy, SiO44 –
- Polikrzemiany oligomeryczne
- Cykliczne Polikrzemiany oligomeryczne
- Polikrzemianach łańcuchowych
- Polikrzemiany arkusza
- 3- D polimerowe krzemiany
- Szkło
- Chemia gleby
- Podstawienie izomorficzne
- pierwsza zasada izomorficznej Subsititution
- drugi stopień podstawienia izomorficznego
Polikrzemiany
Jon Ortokrzemianowy, SiO44 –
jon ortokrzemianowy nie występuje w wielu różnych minerałach. Jest to bardzo silna zasada, która nie utrzymuje się w roztworze wodnym. W naturze występuje w połączeniu z kwaśnymi kationami w nierozpuszczalnych solach.
| |
||
| fenacyt | Be2SiO4 | & nbsp |
| willemite | Zn2SiO4 | & nbsp |
| cyrkon | ZrSiO4 | & nbsp |
| granat | (m2+)3(M3+)2(SiO4)3 | m2+ = Ca, Mg, Fe M3+ = Al, Cr, Fe |
Polikrzemiany oligomeryczne
polimeryczne struktury krzemianowe wymagają mostkowania (2-współrzędnych) tlenu. Aby zrobić miejsce na mostkowanie tlenu, tlenek musi być usunięty z” otrzymującego ” krzemu.
jon krzemianowy jest rzadkością w przyrodzie. Występuje tylko w rzadkim minerale thortveitite, Sc2Si2O7. Większe struktury, takie jak trisilicate i tetrasilicate są bardzo szybkie.
Cykliczne Polikrzemiany oligomeryczne
zamiast tworzyć długie struktury otwartego łańcucha, końce łańcuchów połączą się eliminując jony tlenkowe.
jon metazilikatowy jest oligomerem nieznanego jonu SiO32. W tych strukturach każdy krzem posiada dwa mostkowe i dwa końcowe atomy tlenu. Istnieje -2 gęstość ładunku na atom krzemu. Najczęstszymi polikrzemianami cyklicznymi są trymery cykliczne (SiO3)36 – i heksamery cykliczne (SiO3)612-.
trimer cykliczny znajduje się w minerale benitoit, BaTi (Si3O9.
Polikrzemianach łańcuchowych
liniowych (1-D) polimerach o wzorze (SiO3)N2N – mogą być tworzone przez Mostki tlenowe. W tych strukturach jest ładunek -2 na atom krzemu. Grupa minerałów zwanych minerałami piroksenowymi ma tego typu strukturę.
| |
|
| enstatyt | MgSiO3 |
| diopsyt | CaMgSi2O6 |
| spodimene | LiAlSi2O6 |
| pollucite | CsAlSi2O6 |
łańcuchy liniowe mogą być połączone obok siebie, jeśli jon tlenkowy zostanie zastąpiony innym mostkowym atomem tlenu. Jeśli to powiązanie zachodzi w naprzemiennych grupach SiO3 w każdym łańcuchu, powstaje struktura dwu łańcuchowa (Si4O11)n6n-wyniki. W takich strukturach występuje zmniejszenie ładunku i liczby atomów tlenu na atom krzemu.
Krokidolit, azbestowy minerał o wzorze Na2Fe5(OH)22, jest przykładem . Minerał ten ma charakter włóknisty i ma właściwości ognioodporne i żaroodporne, co wynika z długiej struktury łańcuchowej anionu.
Polikrzemiany arkusza
gdy łączenie łańcuchów z boku na bok jest kontynuowane w nieskończoność, eliminuje się więcej tlenków i powstaje polimer 2-D. Te polimery 2-D nazywane są krzemianami arkuszowymi i zawierają anion n4n. Minerały zawierające tę strukturę są łatwo rozszczepiane w cienkie arkusze.
| |
|
| micas | muskowit i biotyt |
| minerały gliniaste | montmorylonit, kaolinit, glina chińska i wermikulit |
| Talk | & |
| steatytu | & |
| azbest chryzotylowy | & |
3- D polimerowe krzemiany
arkusze są połączone w POLIMER 3-D, gdy wszystkie jony tlenkowe są eliminowane (wszystkie tlenu w strukturze są pomostowe). Struktura ta zawiera nienasycony tlenek krzemionki N, który nie jest już zasadowy, ale raczej kwaśny tlenek. Wiele popularnych minerałów zawiera tę strukturę: kwarc, krzemień, jaspis, Onyks, ametyst, cytryn, agat i Chalcedon.
kolejne etapy polimeryzacji:
- powodują sukcesywną redukcję stosunku atomów O / Si
- 4:1 w ortokrzemianie
- 2:1 w krzemionce
umieszczają następujące minerały w kolejności rosnącego stopnia polimeryzacji. Aby to zrobić, Oblicz stosunek O / Si (im niższy stosunek, tym bardziej polimeryzowana struktura.
- pirofillit, Al2Si4O10 (OH) 2
- gruneryt, Fe7Si8O22(OH)2
- spessartite, Mn3Al2Si3O12
- bustamite, CaMn(SiO3)2
Szkło
gdy kwaśna krzemionka poddaje się reakcji z zasadowymi tlenkami w bardzo wysokich temperaturach (~1700 0C), a następnie ochładza się zbyt szybko, aby jony polikrzemianowe mogły tworzyć uporządkowane jony polikrzemianowe znajdujące się w minerałach. W rezultacie powstaje amorficzne ciało stałe lub szkło. Okulary charakteryzują się brakiem określonej temperatury zamarzania.
szkło proste powstaje poprzez topienie (stapianie) piasku z wodorowęglanem sodu i wapieniem (źródła podstawowych tlenków Na2O i CaO). Podczas tego procesu Mostki krzemowo-tlenowe są łamane.
szkła specjalne powstają poprzez zmianę składu kwaśnych i zasadowych tlenków w szkle.
- szkło Pyrex ™ jest wyjątkowo odporne na szok termiczny. Aby uzyskać 10-25% B2O3, kwaśny tlenek, jest włączony do struktury.
- kolorowe okulary zawierają tlenki metali bloku d jako część podstawowego składnika tlenku
- włączenie tlenku strontu daje szkło, które pochłania promieniowanie rentgenowskie emitowane przez kolorowe telewizory
- drobne właściwości optyczne potrzebne w obiektywach aparatu można uzyskać poprzez włączenie La2O3
dowiedz się więcej o okularach tutaj i na stronie Glass Resource Muzeum Corning.
Chemia gleby
fakt, że coraz bardziej polimeryzowane jony polikrzemianowe mają malejące ładunki na krzem, co powoduje obniżoną zasadowość, ma ważne konsekwencje w chemii gleby.
im bardziej zasadowy anion polikrzemianowy minerału, tym łatwiej reaguje ze słabymi kwasami i ulega wietrzeniu.
woda deszczowa jest nieco kwaśna z powodu rozpuszczonego CO2, nawet przy braku tlenków siarki i azotu.
z czasem woda deszczowa zareaguje z mniej polimeryzowanymi anionami krzemianowymi, aby zastąpić jony tlenkowe mostkowaniem tlenu, dając bardziej wysoce polimeryzowany krzemian. Tlenki są usuwane jako cząsteczki wody.
pośredni etap wietrzenia ma duże ilości krzemianów warstwowych, takich jak glina, a także niektóre kwarc. Gleby te występują zwykle w regionach umiarkowanych pod przykryciem traw lub drzew. Takie gleby są mniej żyzne niż nowo nawadniane gleby deserowe z powodu utraty niekwasowego składnika odżywczego roślinnego K+. Krzemiany warstwowe obecne w glebach pośrednich mogą nadal zawierać kationy na ich ujemnie naładowanych powierzchniach, które mogą być uwalniane, gdy roślina ich potrzebuje. Gleby te występują w jeszcze dość żyznych pasach kukurydzy i pszenicy.
Podstawienie izomorficzne
jony Polikrzemianowe mają ujemne ładunki, które muszą być równoważone przez odpowiednie kationy. Końcowe tlenki mają ujemnie naładowane powierzchnie, które zbliżają się do blisko upakowanych powierzchni ładunku ujemnego. Kationy, które są potrzebne do neutralizacji ujemnego ładunku polikrzemianu, znajdują się w warstwach między łańcuchami lub warstwami lub w czworościennych lub ośmiościanowych otworach obecnych w sieci 3-D.
rodzaje kationów znalezionych w konkretnej formie polikrzemianu będą zależeć od „
- wielkości kationów
- ładunku kationów
ponieważ istnieje sporo zestawów jonów, które mają ten sam ładunek i bardzo podobne promienie, nie ma powodu, aby jeden z tych dopasowanych typów jonów był korzystny nad innym, gdy minerał powstaje na chłodzeniu stopionej magmy.
na przykład oliwin, który ma idealny skład Mg2SiO4, może zawierać różne procenty izomorficznej subitulacji Fe2+ (promień 92 pm) w miejsce równej liczby jonów Mg2+ (promień 86 pm).
pierwsza zasada izomorficznej Subsititution
drugi stopień podstawienia izomorficznego
podstawienie izomorficzne zwiększa liczbę możliwych podstawień w krzemianach.
przykłady
- K+można zastąpić rzadkimi jonami Rb+ i Tl+, a także wspólnym Ba2+
- Ca2+można zastąpić Sr2+(132 pm), na+(116 pm), Y3+(104 pm), La3+ (117 pm) i jonami bloku f szóstego okresu (100-117 pm)
- si4+ można zastąpić wspólnym Jonem Al3+ (67 PM)
kationy w większości minerałów krzemianowych są w znacznym stopniu podstawione, co sprawia, że nieekonomiczne Rudy dla większości pierwiastków. Istnieją ukośne relacje elementów (zwłaszcza w drugiej tercji) z elementami jednej grupy po prawej i jednej tercji w dół na stole.
który z następujących minerałów może powstać w wyniku izomorficznych procesów substytucyjnych w leucycie, k(AlSi2O6)?
- K(YSi2O6)
- Rb(AlSi2O6)
- Ba(BeSi2O6)
- Ba(Alsi2o6)
wskazówka: istnieją dwie podstawowe zasady związków jonowych, które muszą być przestrzegane w podstawieniu izomorficznym:
- całkowity ładunek wszystkich kationów musi być równy całkowitemu ładunkowi wszystkich anionów.
- aby podstawienie było izomorficzne, całkowita liczba kationów wchodzących do środka musi być w przybliżeniu równa całkowitemu ładunkowi wszystkich wymienianych kationów.