Химия цемента и вяжущих веществ. Андреева Н.А. - 9 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГАСУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

16 17
Н. А. Андреева. Химия цемента и вяжущих веществ
Замещение кремния на алюминий является примером так назы-
ваемого изоморфного замещения, при котором не нарушается строе-
ние кристаллической решетки вещества.
Таким образом, изоморфизм – свойство веществ, близких по хи-
мическому составу, кристаллизоваться в одинаковых формах.
Явление изоморфизма открыто Э. Мичерлихом в 1819 г. на при-
мере соединений
KH
2
PO
4
, KH
2
AsO
4
, NH
4
H
2
PO
4
,
причем первые два вещества образуют смешанные кристаллы (твер-
дые растворы) с единой (общей) кристаллической решеткой при лю-
бом соотношении P : As (совершенный изоморфизм); в любых других
парах аналогичные замещения ограничены количественно (ограничен-
ный изоморфизм).
Ранее считалось, что главное условие существования изоморфиз-
ма – химическая близость, т. е. близкие химические свойства, одинако-
вая валентность. С этих позиций изоморфными можно считать ряды
Al ↔ Cr ↔ Fe; Na ↔ K ↔ Rb. Но оказалось невозможным заменить
натрий на рубидий без изменения кристаллической решетки; в приро-
де крайне мало калий-натриевых полевых шпатов, так как они неус-
тойчивы. Установлено, что решающим фактором является близость ра-
диусов ионов, а близость химических свойств и валентность отходят
на второй план. Так, ионы натрия и кальция (r(Na
+
) = 0,98 A, r(Ca
2+
) =
= 1,02 A) способны изоморфно замещать друг друга в кристаллах. Бли-
зостью ионных радиусов этих элементов объясняется то, что 50 % зем-
ной коры представлено плагиоклазами – натрий-кальциевыми поле-
выми шпатами (иначе, возможно, натриевый и кальциевый полевой
шпат кристаллизовались бы раздельно).
Различные по форме сочетания взаимно связанных тетраэдров
[SiO
4
] называются кремнекислородными радикалами, или кремнекис-
лородными мотивами. В зависимости от того, происходит ли сочлене-
ние кремнекислородных тетраэдров и каким образом оно происходит,
силикаты разделяют на несколько групп.
1.4.1. I тип. Силикаты с кремнекислородными мотивами
конечных размеров
1-я группа. Островные силикаты, или ортосиликаты. Кремне-
кислородный мотив: [SiO
4
]
4–
(рис. 8, а).
а
б
а
б
в
г
г
д
в
д
Рис. 8. Кремнекислородные мотивы конечных размеров [1]
Тетраэдры [SiO
4
] не связаны непосредственно с другими подоб-
ными тетраэдрами через атомы кислорода, а соединяются через катио-
ны металлов, входящих в структуру силикатов (рис. 9).
Ортосиликатами являются, например, минералы цементного
клинкера: двухкальциевый силикат (белит) Ca
2
[SiO
4
] или 2CaO ⋅ SiO
2
;
трехкальциевый силикат (алит) CaO ⋅ Ca
2
[SiO
4
] или 3CaO ⋅ SiO
2
; минералы
циркон Zr[SiO
4
], форстерит Mg
2
[SiO
4
], гранат Ca
3
Al
2
[SiO
4
]
3
и др.
2-я группа. Диортосиликаты, или пиросиликаты. Комплексный
анионный радикал представлен изолированными группами [Si
2
O
7
]
6–
,
состоящими из двух связанных друг с другом кремнекислородных тет-
раэдров [SiO
4
] с одной общей вершиной (рис. 8, б). Легко подсчитать,
что общий отрицательный заряд этого комплекса равен шести. Кисло-
родный ион, располагающийся в общей вершине, электростатически
инертен. Следовательно, активные кислородные ионы, остаточные от-
рицательные заряды которых в кристаллической структуре нейтрали-
зуются катионами металлов, располагаются на двух противоположных
друг другу концах анионного комплекса. Представителями подобных
Глава 1. Химический и минеральный состав природного сырья для получения ...

Страницы