МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Химический факультет Кафедра неорганической химии
Алюмосиликаты (курсовая работа)
Выполнил студент 1 курса, 621 группы Комбаров Александр Александрович __________________________ Научный руководитель, ученая степень, звание Богданкова Любовь Александровна к.х.н., доцент __________________________ Работа защищена “___”____________ 2013г. Оценка_____________________
Барнаул 2013
Оглавление 1
Историческая справка 2
Общие сведения 3
Морфология кристаллов и физические свойства алюмосиликатов с простыми сетками тетраэдров 4
Кристаллохимические особенности 5
Получение и применение 10
Список литературы 12
Историческая справка
Русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев первым высказал идею, что алюмосиликаты представляют собой «неопределенные соединения», такие, например, как сплавы, но не простых тел, а близких по своим свойствам оксидов SiO2 и Al2O3. Сам термин «алюмосиликаты» был введен в минералогию Владимиром Ивановичем Вернадским, впервые правильно оценившим роль алюминия в построении минералов. В 1890-е он приступил к созданию своей теории строения алюмосиликатов. Как и Д.И.Менделеев, он говорил о близости химических функций оксидов кремния и алюминия. Отвергал мысль о том, что алюмосиликаты есть соли кремниевых кислот. По его мнению, алюмосиликаты являются производными сложных алюмосиликатных радикалов, «каолиновых ядер». Гипотеза о «каолиновом ядре» как о замкнутой группировке атомов кремния, алюминия и кислорода оказалась актуальной при расшифровке структуры полевых шпатов.
К началу 20 в. был накоплен обширный экспериментальный материал по составу и свойствам алюмосиликатов, однако их строение все еще оставалась загадкой. Решающее влияние на изучение структуры алюмосиликатов оказало открытие в 1912 немецкими физиками Максом фон Лауэ, Пaулем Книппингом (Knipping Paul) (1883–1935) и Вальтером Фридрихом (Friedrich Walter) (1883–1968) явления дифракции рентгеновских лучей на кристаллах и создание Уильямом Генри (Bragg William Henry) (1862–1942) и Уильямом Лоуренсом (Bragg William Lawrence) (1890–1971) Брэггами на этой основе принципиально нового метода исследования вещества – рентгеноструктурного анализа.
С 1925 по 1931 проводились интенсивные рентгеноструктурные исследования силикатов и алюмосиликатов и было установлено, что основным «строительным кирпичиком» этих соединений является атом кремния или алюминия, окруженный четырьмя атомами кислорода, – кремне(алюмо)кислородный тетраэдр SiO4(AlO4). Многообразие же алюмосиликатов объясняется разными способами соединения этих тетраэдров, которые обычно сочленяются вершинами с образованием связей Si-O-Si и Si-O-Al (рис. 1) [1]
Рис. 1. СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ КРЕМНЕ(АЛЮМО)СИЛИКАТНЫХ ТЕТРАЭДРОВ: а) отдельный тетраэдр, б) два тетраэдра с общей вершиной, в) фрагмент простой цепи, г) фрагмент «ленты», д) фрагмент «листа»
Общие сведения
Алюмосиликаты, алюмокремниевые солеобразные соединения, к которым в природе относится группа широко распространённых минералов. В кристаллической алюмосиликатов алюминий обладает, подобно кремнию, четверной тетраэдрической координацией (окружен четырьмя атомами кислорода) и даже кристалло-химически замещает кремний, т. е. химическая роль глинозёма близка (но не идентична) роли кремнезёма. Алюминий может входить в состав силикатов и обладать, подобно магнию и прочим типичным основаниям, шестерной (октаэдрической) координацией. В этом случае соответствующие соединения являются силикатами алюминия, например минералы топаз, пирофиллит и др. При замене в структурных анионных комплексах силикатов кремнекислородного радикала (SiO4)4- на (AlO4)5- возникают дополнительные отрицательные заряды, которые в алюмосиликатах компенсируются вхождением дополнительных катионов — обычно К, Na или двухвалентных Ca, Ba с большими радиусами ионов.
Среди минералов т. н. каркасные силикаты всегда являются алюмосиликатами. К ним относятся алюмосиликаты калия — ортоклаз и микроклин (KAISi3O8), алюмосиликат натрия — альбит (NaAlSi3O8), алюмосиликат кальция — анортит (CaAlSi2O8) и др. Способность взаимозамещения групп NaSi на CaAl создаёт наличие ряда соединений типа твёрдых растворов с неограниченной смесимостью, называемых плагиоклазами. К алюмосиликатам относятся также нефелин KNa3[AISiO4]4, лейцит К[AlSi2O6], группа скаполитов, цеолиты и др. Алюмосиликаты распространены также среди силикатов слоистой структуры, где к ним относятся минералы группы слюд — мусковит KAl2•[AISi3O10]•(ОН)2 и др.; группы хрупких слюд, например Маргарит CaAl2[Al2Si2O10](OH)2; группы хлоритов, например амезит (Mg,Fe)4Al2[Al2Si2O10](OH)8, и др. Среди других структурно-химических типов силикатных минералов алюмосиликаты встречаются значительно реже (из силикатов ленточной структуры — роговая обманка, цепочечной — авгит, островной — кордиерит). Разрушение алюмосиликатов на поверхности Земли приводит к образованию минералов глин, реже гидрослюд, бокситов. Термин «алюмосиликаты» введён в минералогию русским учёным академиком В. И. Вернадским, впервые указавшим на аналогичную роль Al и Si при геохимических процессах и в составе природных соединений, что послужило основой созданной им алюмокислотной теории строения силикатов. [2]