Силикат кальция

Содержание

Силикат кальция

Что произошло

Жидкое стекло — это растворенный в воде силикат натрия Na2SiO3 . Ион кальция Ca2+ из Ca(OH)2 легко замещает ион натрия Na+ , из-за чего образуется практически нерастворимый в воде силикат кальция CaSiO3 . Обычно это соединение выглядит как скучный белый порошок.

Но почему силикат кальция застыл в виде одного «куска», а не выпал в осадок? Ответ кроется в том, как именно образуется силикат кальция. Реакция происходит на поверхности маленьких частичек нерастворенного в воде Ca(OH)2 . Эти частички обрастают игольчатыми кристаллами CaSiO3 , которые сплетаются с соседними кристаллами, поглощая всю жидкость. Если поменять Ca(OH)2 на что-то более растворимое (например, CaCl2), получился бы тот же CaSiO3, но уже в виде «обычного» белого осадка.

Как и в случае с силикатом кальция, такие разные на первый взгляд вещества, как мел, яичная скорлупа и мрамор – это одно то же химическое соединение — карбонат кальция CaCO3. Но то, как именно образуется это соединение, сильно влияет на его внешний вид.

Почему получается пластик?

Полученный в этом опыте материал по своему поведению напоминает пластик: он гнется, но не ломается. Зачастую пластики — это органические соединения, то есть вещества, в которых атомы углерода и водорода связаны между собой. В этом опыте же об углероде речи не идет – есть кремний, кислород, натрий и кальций. Ключевую роль в застывании раствора играет именно сочетание кислорода и кремния. Такая комбинация чаще всего встречается в силикатах, поэтому можно сказать, что речь идёт о неорганическом, а конкретнее — силикатном пластике.

Почему реакционная смесь застывает?

К застыванию раствора приводит протекающая в нем химическая реакция. В ней участвуют два ключевых компонента: гидроксид кальция Ca(OH)2 и жидкое стекло (упрощенная формула Na2Si3O7). Вместе они постепенно образуют твердый прозрачный материал, который не растворяется в воде. Другими словами, этот материал во многом напоминает обычное силикатное стекло, состоящее из ионов натрия и кальция, а также силикат-ионов, сшитых между собой.

Почему застывшая капля пластична?

Стеклообразный материал невозможно получить без ионов кальция, а их в растворе совсем немного. Дело в том, что гидроксид кальция — в отличие от гидроксидов натрия или калия — очень слабо растворим в воде. При его диссоциации в раствор выходит очень мало ионов кальция Ca2+:

Ca(OH)2 ⇄ Ca2+ + 2OH–

Поэтому стеклообразное вещество образуется очень медленно. Сначала формируются центры кристаллизации — маленькие, но постоянно растущие частички нерастворимого силиката. Постепенно между ними образуются тонкие мостики, которые в итоге соединяют большинство этих частичек в общую гроздь, проходящую вдоль всего раствора. С одной стороны, эти мостики достаточно прочные (капля не распадается), с другой — они гибкие (в течение достаточно долгого времени капля остается пластичной).

Пластичность этих мостиков, состоящих из стеклообразного вещества, можно объяснить следующей наглядной аналогией. Обычную стеклянную палочку толщиной с карандаш согнуть не так-то и просто — она скорее сломается. А вот стеклянную трубочку толщиной с нить вполне реально изогнуть под большим углом до того, как она сломается. Мостики являются еще более тонкими, чем видимая невооруженным глазом тонкая стеклянная нить, поэтому они демонстрируют еще бóльшую гибкость. Более того, даже если нажатие и сломает несколько таких мостиков, это несильно повредит целой сети.

Свою роль в пластичности играют и молекулы воды: подобно временной подушке безопасности, они удерживают грозди от слипания.

Почему материал теряет пластичность и становится хрупким?

С образованием мостиков процесс не останавливается: за счёт растворения гидроксида кальция ионы Ca2+ медленно поступают в раствор, и частицы материала, становясь всё толще, надежно срастаются между собой. Поэтому свойства такого материала приближаются к свойствам обычной стеклянной палочки, которая скорее сломается, чем изогнется. Важен также и процесс испарения воды. Капля постепенно высыхает, и молекулы воды перестают препятствовать слипанию соседних «веток» в единой грозди.

Все о силикате кальция

Многие современные теплоизоляционные материалы делают из силиката кальция. Особенно популярны силикатно-кальциевые плиты Термоизол. Все, кто хоть раз сталкивался с ним, известно, что это минеральное вещество, экологически чистый и очень надежный изоляционный материал. Но что такое силикат кальция? Откуда он берется и где еще используется?

Химия

Силикат кальция представляет собой неорганическое соединение. С химической точки зрения это соль метакремниевой кислоты и щелочноземельного металла кальция. Другое название этого вещества кремнекислый кальций.
Химическая формула: CaSiO2.

Внешне данное соединение в необработанном виде имеет вид бесцветных кристаллов.
Температура плавления — 1544 С°.

Получение

Несмотря на то, что это минеральное вещество, его получают в ходе химической реакции в промышленности. Для этого сплавляют карбонат кальция и оксид кремния. Реакция происходит при температуре от 950 до 1500 С° и после нее остается силикат кальция и выделяется углекислый газ.
Интересно, что и в природе имеется практически чистый силикат кальция, он называется волластонит, однако в нем есть небольшие примеси оксида марганца, железа и титана.

Сферы применения

О силикатно-кальциевых плитах мы поговорим ниже, но в целом важно понять, что основная сфера использования силиката кальция — это именно создание огнеупоров, облицовочной керамики, глазурей и фарфоров. Кроме того, он может применяться и в качестве пигмента и наполнителей различных лакокрасочных материалов.

Как создаются огнестойкие плиты

Такие плиты, как Термоизол, Silca и другие аналоги делаются по следующей схеме. В ходе обозначенной выше реакции получают силикат кальция, а затем этим веществом заполняют специальную волокнистую матрицу, которая делается на армированной основе. Спустя некоторое время вещество кристаллизуется и получается плита.
Термоизол обладает очень высокой пористостью: около 90%. При этом поры очень мелкие. Все это позволяет во-первых использовать плиты в очень широком диапазоне температур (от –200 до +1100 С°), а, во-вторых, утверждать, что Термоизол отличается действительно впечатляющими теплоизоляционными свойствами.
Благодаря особенностям технологии производства, Термоизол имеет ровную поверхность, которая не предполагает какой-либо обработки перед нанесением отделочных материалов. Это позволяет сэкономить деньги, время и силы.
Высокая прочность плит и их химическая нейтральность дают возможность использовать их в самых непростых и даже агрессивных условиях. А экологическая безопасность продукта — залог того, что плиты не окажут вреда ни людям, ни природе.

Подготовлено компанией Rusradius

Фосфат кальция, характеристика, свойства и получение, химические реакции

Фосфат кальция, характеристика, свойства и получение, химические реакции.

Фосфат кальция – неорганическое вещество, имеет химическую формулу Ca3(PO4)2.

Краткая характеристика фосфата кальция

Физические свойства фосфата кальция

Получение фосфата кальция

Химические свойства фосфата кальция

Химические реакции фосфата кальция

Применение и использование фосфата кальция


Краткая характеристика фосфата кальция:

Фосфат кальция – неорганическое вещество бесцветного либо белого цвета, соль металла кальция и ортофосфорной кислоты.

Фосфат кальция представляет собой бесцветные кристаллы.

Химическая формула фосфата кальция Ca3(PO4)2.

Фосфат кальция существует в виде двух модификациях (α и β), отличающихся физическими свойствами (плотностью и температурой плавления). α-модификация фосфата кальция имеет моноклинную сингонию. β-модификация фосфата кальция имеет гексагональная сингонию.

Плохо растворим в воде. В отличие от многих химических веществ растворимость фосфата кальция падает с увеличением температуры.

Не растворим в жидком аммиаке, ацетоне, диэтиловом эфире, этаноле и пр. органических растворителях.

В пищевой промышленности используется 3 типа фосфатов кальция, согласно степени замещения атомов водорода:

– добавка Е341(i) – ортофосфат кальция 1-замещенный (Monocalcium ortophosphate) с химической формулой Ca(Н2PO4)2;

– добавка Е341(ii) – ортофосфат кальция 2-замещенный (Dicalcium ortophosphate) с химической формулой CaНPO4;

– добавка Е341(iii) – ортофосфат кальция 3-замещенный (Tricalcium ortophosphate) с химической формулой Ca3(PO4)2.

Фосфат кальция широко распространён в природе. Входит в состав минералов фосфорита, апатита, гидроксиапатита. Фосфаты кальция содержатся в коровьем молоке. В организме человека кальций существует в основном в виде фосфатов кальция. Кости человека на семьдесят процентов состоят из фосфатов кальция. Зубная эмаль тоже состоит в основном из гидроксиапатитов (соединений фосфата кальция).


Физические свойства фосфата кальция:

Наименование параметра: Значение:
Химическая формула Ca3(PO4)2
Синонимы и названия иностранном языке calcium phosphate (англ.)

витлоктит (рус.)

кальций фосфорнокислый (рус.)

кальция ортофосфат (рус.)

трикальций фосфат (рус.)

Тип вещества неорганическое
Внешний вид бесцветные тригональные кристаллы
Цвет бесцветный, белый
Вкус —*
Запах без запаха
Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) твердое вещество
Плотность α-модификации фосфата кальция (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), кг/м3 2810
Плотность α-модификации фосфата кальция (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), г/см3 2,81
Плотность β-модификации фосфата кальция (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), кг/м3 3067
Плотность β-модификации фосфата кальция (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), г/см3 3,067
Температура кипения, °C
Температура плавления α-модификации фосфата кальция, °C > 1200
Температура плавления β-модификации фосфата кальция, °C 1670
Молярная масса, г/моль 310,18
Растворимость в воде при 25 °C, г/100 мл 0,0025

* Примечание:

— нет данных.

Получение фосфата кальция:

Фосфат кальция получают из минералов, в которых он содержится: фосфорита, апатита, гидроксиапатита.

Фосфат кальция также получают в результате следующих химических реакций:

  1. 1. взаимодействием оксида кальция и ортофосфорной кислоты:

3CaO + 2H3PO4 → Ca3(PO4)2 + 3H2O.

  1. 2. взаимодействием гидроксида кальция и ортофосфорной кислоты:

3Ca(OH)2 + 2H3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6H2O.

  1. 3. взаимодействием фосфата лития и хлорида кальция:

2Li3PO4 + 3CaCl2 → 6LiCl + Ca3(PO4)2.

  1. 4. взаимодействием фосфата натрия и хлорида кальция:

2Na3PO4 + 3CaCl2 → Ca3(PO4)2 + 6NaCl.

  1. 5. разложения гидроортофосфата кальция:

3CaHPO4 → Ca3(PO4)2 + H3PO4.

Реакция протекает при кипении.

Химические свойства фосфата кальция. Химические реакции фосфата кальция:

Химические свойства фосфата кальция аналогичны свойствам фосфатов других металлов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

1. реакция фосфата кальция и углерода:

Ca3(PO4)2 + 8C → Ca3P2 + 8CO (t = 900-1200 oC).

В результате реакции образуются фосфид кальция и оксид углерода (угарный газ).

2. реакция фосфата кальция, углерода и оксида кремния:

Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 → 2P + 5CO + 3CaSiO3 (t = 1500 oC).

или

2Ca3(PO4)2 + 10C + 6SiO2 → P4 + 10CO + 6CaSiO3 (t = 1500 oC).

В результате реакции образуются фосфор, оксид углерода (угарный газ) и силикат кальция. Реакцию проводят в электропечах без доступа воздуха. Реакция представляет собой современный метод производства фосфора.

3. реакция фосфата кальция и алюминия:

3Ca3(PO4)2 + 16Al → 3Ca3P2 + 8Al2O3 (t = 500 oС).

В результате реакции образуются фосфид кальция и оксид алюминия.

4. реакция фосфата кальция, оксида азота и воды:

Ca3(PO4)2 + 3NO2 + H2O → Ca(NO3)2 + 2CaHPO4 + NO.

В результате реакции образуются нитрат кальция, гидроортофосфат кальция и оксид азота.

5. реакция фосфата кальция и ортофосфорной кислоты:

Ca3(PO4)2 + H3PO4 → 3CaHPO4.

В результате химической реакции образуется гидроортофосфат кальция.

6. реакция фосфата кальция с азотной кислотой:

Ca3(PO4)2 + 6HNO3 → 2H3PO4 + 3Ca(NO3)2.

В результате химической реакции образуются нитрат кальция и ортофосфорная кислота. Азотная кислота используется в виде концентрированного раствора.

Аналогично проходят реакции фосфата кальция и с другими сильными минеральными кислотами.

7. реакция термического разложения фосфата кальция:

Ca3(PO4)2 → 3CaO + P2O5 (t = 2000 оС).

В результате реакции термического разложения фосфата кальция образуются оксид кальция и оксид фосфора.

Применение и использование фосфата кальция:

Фосфат кальция используется во множестве отраслей промышленности и для бытовых нужд:

– в пищевой промышленности при производстве хлебобулочных изделий, специальных напитков (например, для спортсменов), концентрированного молока с высоким содержанием сухих веществ, сухого молока, сгущенного молока, мороженого, рыбных и мясных фаршей, ликер-водочных изделий, сухих и травяных чаев, полуфабрикатов, сухих завтраков, продуктов быстрого приготовления, кондитерских изделий, разрыхлителей для выпечки, плавленых сыров, биологически активных добавок, консервированных фруктов и овощей,

– в пищевой промышленности как стабилизатор, регулятор кислотности, разрыхлитель, фиксатор окраски, как эмульгирующая соль в производстве плавленых сыров, как разделяющий агент и противослеживающий агент в сухом молоке и сливках, как антикристаллизатор сгущенного молока и уплотнитель растительных тканей в производстве фруктовых и овощных консервов,

– в качестве пищевой добавки Е341,

– как составной компонент зубных паст и порошков,

– в качестве минеральной подкормки для скота и птиц,

– в производстве керамики и стекла, абразивов,

– в химической промышленности как исходное сырье для получения фосфорной кислоты и фосфора,

– в медицине, входит в состав некоторых лекарств,

КА́ЛЬЦИЯ СИЛИКА́ТЫ

КА́ЛЬЦИЯ СИЛИКА́ТЫ, каль­цие­вые со­ли ки­слот крем­ния, бес­цвет­ные кри­стал­лич. ве­ще­ст­ва. Ме­та­си­ли­кат $\ce{CaSiO_3 }$ (в при­ро­де встре­ча­ет­ся в ви­де ми­не­ра­лов вол­ла­стони­та­ и псев­до­вол­ла­сто­ни­та), $t_\text{пл}$ 1544 °C, плот­ность 2910 кг/м3; пло­хо рас­тво­рим в во­де. Для ор­то­си­ли­ка­та $\ce{Ca_2SiO_4}$ при нор­маль­ных ус­ло­ви­ях ус­той­чи­ва γ-мо­ди­фи­ка­ция (в при­ро­де – ми­не­ра­лы шен­но­ит, каль­цио­оли­вин) с $t_\text{пл}$ 2130 °C, плот­но­стью 2970 кг/м3, пло­хо рас­тво­ри­мая в во­де. Мо­ди­фи­ка­ции, ус­той­чи­вые при вы­со­ких темп-рах, при нор­маль­ных ус­ло­ви­ях ста­би­ли­зи­ру­ют­ся разл. до­бав­ка­ми (си­ли­ка­та­ми, фос­фа­та­ми др. ме­тал­лов), с ко­то­ры­ми $\ce{Ca2SiO4}$ об­ра­зу­ет твёр­дые рас­тво­ры. Эти мо­ди­фи­ка­ции взаи­мо­дей­ст­ву­ют с во­дой, об­ра­зуя гид­ро­си­ли­ка­ты пе­ре­мен­но­го со­ста­ва. Ос­нов­ный си­ли­кат $\ce{Ca_3SiO_5}$; плот­ность 3000–3200 кг/м3. При на­гре­ва­нии до 2070 °C раз­ла­га­ет­ся без плав­ле­ния на $\ce{Ca_2SiO_4}$ и ок­сид $\ce{CaO}$. Взаи­мо­дей­ст­ву­ет с во­дой, об­ра­зуя гид­ро­си­ли­ка­ты пе­ре­мен­но­го со­ста­ва. Пи­ро­си­ли­кат $\ce{Ca_3Si_2O_7}$ (в при­ро­де – ми­не­рал ран­ки­нит), $t_\text{пл}$ 1478 °C, плот­ность 2960 кг/м3; пло­хо рас­тво­рим в во­де.

Силикат кальция: характеристика и применение

Силикат кальция – это неорганическое соединение, которое состоит из метакремниевой кислоты и соли кальция. Этот природный силикат состоит из мелких прозрачных кристаллов.

Особенности получения

Силикат кальция существует в настоящее время в виде нескольких типов, имеющих некоторые отличия в химическом составе.

Среди таких веществ можно выделить:

  • ортосиликат, который образует надежные химические соединения;
  • боросиликат, пиросиликат, используемые, как материал для огранки;
  • метасиликат, представленный в виде полевого шпата щелочного вида.

Свойства

Силикат кальция – это порошкообразное вещество, имеющее белый цвет. Эта соль не имеет ни запаха, ни вкуса. Этот природный силикат является отличным адсорбентом воды.

Силикат кальция добывают из земных недр, а также синтезируют из разнообразных природных минералов, включая полевой шпат, глины, слюду. Волластонит содержит силикат кальция. В данном соединении отсутствуют дополнительные примеси.

Оксид кальция, силикат кальция обладают высокой плотностью материала. Данные соединения устойчивы к существенному и продолжительному температурному нагреванию. Силикат кальция обладает низкой теплопроводностью, он легкий, имеет высокую пористость. Он практически полностью устраняет теплопередачу от непосредственного источника к материалу.

Данное соединение под воздействием сильных кислот легко разрушается, образуя соответствующую соль и кремниевую кислоту.

Например, в реакции с соляной кислотой образуется хлорид кальция (нормальная соль) и нерастворимая кремниевая кислота.

Изоляционные покрытия

Учитывая, что данное химическое соединение выдерживает температуру до 1000 градусов, получаемый из него материал используют для изоляции разнообразных узлов конструкции, изготовленной из воспламеняющихся материалов. Благодаря своей экологической безопасности, надежности теплоизоляционных свойств, силикат кальция применяют в качестве материалов, защищающих электрическую проводку, для изоляции каминов, печей, дымоходов.

Особенности строения

Силикат кальция, формула которого имеет вид Ca2SiO4, является ионным соединением. Оно в качестве пищевого эмульгатора Е552 широко используется для предотвращения комкования и скатывания пищевых продуктов. Довольно часто добавляют эмульгатор в специи и пряности, порошкообразные и сыпучие продукты, упаковываемые в фольгу.

Кроме того, данная пищевая добавка используется при изготовлении сыров и сырных продуктов, консервов, полуфабрикатов, сахаристых продуктов, кондитерских изделий.

Это вещество применяют в процессе изготовления биологически активных добавок, витаминных комплексов, лекарственных препаратов.

Карбонат силиката кальция в хлебопечении способствует улучшению вкуса, структуры и формы хлебобулочных изделий. В качестве добавочного соединения эта соль включена в состав сухого молока, пищевой соли, а также кондитерских дрожжей.

В современной медицине, косметологии данное неорганическое соединение применяют как компонент мазей, присыпок, пудры. Силикат синтетического происхождения необходим для добавки к цементу, стеклу, керамическим изделиям, глазури, шлакам, эмалям, вяжущим материалам.

В качестве пищевой добавки данное вещество разрешено к применению практически по всему миру. Есть некоторые ограничения в европейских санитарно-эпидемиологических стандартах относительно норм его использования.

В нашей стране эта соль запрещена к использованию по причине серьезного риска многочисленных побочных действий, а также из-за негативного воздействия данного вещества на организм.

Особенности волластонита

Данный минерал имеет белый цвет со слегка буроватым или сероватым оттенком. В нем содержится незначительное количество примесей в виде оксидов титана, железа, марганца. Волластонит не растворим в воде и органических соединениях, он вступает во взаимодействие с соляной кислотой.

Своему необычному названию минерал обязан английскому химику Уильяму Волластону, который и стал его первооткрывателем. В настоящее время в Соединенных Штатах Америки, Китае это соединение применяют в качестве заменителя асбеста, негативно воздействующего на организм человека. Кроме того, волластонит является отличной добавкой – наполнителем в современных пластических массах. Вещество востребовано в шинной, цветной, лакокрасочной, асбоцементной, керамической промышленности.

Он нужен для автомобилестроения, является наполнителем многих крупных узлов транспортного средства: подшипников, тормозных колодок. Волластонит используется в антикоррозийных составах, герметизации подземных сооружений.

Образуется он при глубинном и контактовом региональном метаморфизме природных известняков.

В настоящее время производство силиката кальция составляет порядка 800—1000 тысяч тонн в год. Разработка месторождений ведется в США, Сербии, России, Китае, Индии, Финляндии.

Что такое силикаты

Рис. 47. Кремнекислородное „кольцо» — Si6O18-12
а- реальное взаимоотношение ионов; б- схема расположения центров ионов

Силикаты представляют собой наиболее многочисленный отдел минералов. Всего известно более 2000 видов минералов, причем на долю силикатов приходится не менее 600. В количественном отношении силикаты составляют по весу не менее 85% всей земной коры.

Их образование идет преимущественно из магматических расплавов и, таким образом, генетически предшествует почти всем минералам. Ими образовано огромное большинство горных повод, с которыми в свою очередь связано образование весьма Многих, притом практически чрезвычайно важных минералов, как руды черных и цветных металлов.

Структура и классификация силикатов. Долгое время силикаты представляли собой наиболее сложную и трудно классифицируемую по химическому составу группу. Нередко приходилось разделять—на основании чисто химических критериев — генетически неразделимые минералы, как, например, анортит (CaAl2Si2O8) и альбит (NaAlSi3O8). С химической точки зрения они относятся к совершенно различным группам, а между тем в природе они абсолютно неразделимы, образуя непрерывный ряд плагиоклазов.

Можно привести и обратные примеры, когда на основании формально-химических признаков объединялись минералы, ничего общего по существу не имеющие. Так, лейцит (KAlSi2O6) и эгирин (NaFeSi2O6) относились к группе метасиликатов, хотя трудно найти более яркий пример минералов, столь различных по всем своим свойствам.

Рис. 48. Бесконечная кремнекислородная „цепочка»—(Si2O6)͚ -4 : а-реальное взаимоотношение ионов; б-схема расположения центров ионов

Структурная (кристаллохимическая) систематика не только уничтожает приведенные противоречия, по и позволяет найти связь между составом, структурой и рядом физических свойств минералов.

Согласно современным воззрениям, общим структурным мотивом, входящим во все без исключения силикаты, является группировка, состоящая из четырех больших ионов кислорода (ионный радиус равен 1,34Å) и одного иона кремния (ионный радиус равен 0,39Å). При этом центры ионов кислорода образуют четыре вершины тетраэдра, а ион кремния занимает центр такого тетраэдра (рис. 44).

Кремнекислородный тетраэдр обладает четырьмя свободными валентными связями, за счет которых и присоединяются ионы других элементов, скрепляя все соединения в прочную кристаллическую решетку. Силикаты такого типа имеют характер ортосиликатов (по химической классификации). Поскольку группы (SiО4) в них расположены изолированно относительно друг друга в кристаллохимической классификации, такие силикаты объединяются названием «островных» силикатов (например, оливин). К этому же типу могут быть отнесены и такие силикаты, в состав которых входят сдвоенные кремне-кислородные тетраэдры, т. е. группы (рис. 45), например каламин, или комбинированные соединения, в которых одновременно присутствуют и группировки SiО4 и Si2О7 (эпидот и др.).

Рис. 49. Бесконечная кремнекислородная „лента»—(Si4O11)͚ -6:
а — реальное взаимоотношение ионов; б—схема расположения центров ионов

Следует иметь в виду, что дальнейшее усложнение строения силикатов идет путем сцепления кремнекислородных тетраэдров в более сложные комплексы. При этом тетраэдры соединяются исключительно через вершины, а отнюдь не по ребрам или гра-ням. Таким образом, два ближайших иона кремния соединяются только через один ион кислорода. Такое построение (рис. 46, 47) может дать или замкнутые кольца Si3О9, Si6O18 (волластонит, берилл), или перейти в бесконечные цепи с простейшим звеном (диопсид) (рис. 48). Первый тип можно назвать кольцевым, а второй — цепным.

Усложнение цепного типа, через причленения к одной цепочке другой, приводит к образованию бесконечных лент с звеном (рис. 49). Такие силикаты называют ленточными (амфиболы). Присоединение лент в бесконечном количестве в одном слое создает слоевые силикаты. Их характеризует простейшая группа (тальк, слюда) (рис. 50).

Рис. 51. .Каркас» из кремнекислых тетраэдров — (SiО2) ͚-0

Наконец, пространственное сцепление кремнекислородных тетраэдров через все четыре вершины создает каркасы с группами (полевые шпаты, кварц). Один из вариантов каркаса изображен на рис. 51.

Такие кристаллические сооружения уже не имеют свободных валентностей, а потому не могут присоединять к себе другие ионы и с формально-химической точки зрения являются окислами (кварц).

Для понимания строения силикатов чрезвычайно важно положение, выдвинутое В. И. Вернадским, установившим, что алюминий в силикатах может играть ту же роль, что и кремний.

В. И. Вернадский установил для таких соединений термин алюмосиликаты.

С точки зрения кристаллохимии замена иона кремния на ион алюминия может доходить до пятидесятипроцентного замещения, т. е. вместо группы ° может быть группа -2. Согласно указанному в разделе об изоморфизме, замещение ионов кремния ионами алюминия возможно, так как их ионные радиусы сравнительно мало отличаются между собой; ионный радиус Si+4 — 0,39, а ионный радиус Аl+3 = 0,57. Но потеря одной валентности при подобном замещении требует внедрения в кристаллическую решетку соответствующего количества ионов или одновалентных (Na или К) или двухвалентных (Са или Ва) элементов.

Тут же следует отметить, что ион алюминия может в силикатах заменить и ион Мg+2 (r =0,78А). Такая замена также влечет за собой необходимость компенсации валентности во всей кристаллической решетке, но уже за счет уменьшения валентности второго заменяемого иона (например, Са» на Na’).

На основании описанных структур вся группа силикатов может быть подразделена на 6 подгрупп.

1. Островные (ортосиликаты)

а) с мотивами (SiO4) — оливин, гранат;

б) с мотивами (Si2O7) — каламин;

в) смешанные, с мотивами (SiO4) и (Si2O7) — эпидот.

2. Кольцевые силикаты

а) с мотивами (Si3O9) — волластонит;

б) с мотивами (Si6O18)—берилл;

в) со сдвоенными кольцами (мотивами S12O30) — турмалин.

3. Цепные силикаты

а) с мотивами (Si2O6) ͚ и частично с Аl —пироксены;

б) с мотивами (SiAl)О6 ͚ — силлиманит.

4. Ленточные силикаты с м о т и в а м и (Si4O11) ͚ и частично с Аl — амфиболы

5. Слоевые силикаты

а) с мотивами (Si4Ol0) ͚ — тальк, каолинит;

б) с мотивами — слюды.

6. Каркасовые силикаты

а) с мотивами (Si4O81) ͚ — кварц;

б) с мотивами ͚ — полевые шпаты и др.;

в) с содержанием цеолитной (легкоподвижной) — цеолиты.

1) Островные (орто) силикаты

Представители этой подгруппы характеризуются большой твердостью (8—6,5), сильным блеском и часто высокой температурой плавления и разложения.

Наиболее важной является семейство оливина, кристаллизующегося при еще очень высоких температурах одним из первых из магматического расплава.

Оливин (перидот)

Химический состав (Mg, Fe)2; тв. 6,5—7; уд. в. 3,3—3,4. Сингония ромбическая.

Цвет оливково-зеленый. Обычно встречается в зернах и зернистых массах, редко в кристаллах.

Диагностика. Для оливина характерны: желтовато-зеленый цвет, зернистая форма и довольно ясная спайность (отличие от зерен кварца в породах). Перед паяльной трубкой оливин не плавится.

Оливин важный породообразующий минерал, слагающий иногда почти целиком горные породы — дунит и перидотит. Существенная составная часть некоторых габбро, базальтов и других основных и ультраосновных изверженных пород; встречается во всех горных областях, где распространены такие породы, как например, на Северном и Среднем Урале, где дуниты янляются материнской породой платины.

При понижающейся температуре остывающей магмы оливин реагирует с расплавом и переходит в пироксен по схеме

(Mg, Fe)2 + SiO2 ⇄(Mg, Fe)2

При более низких температурах кристаллы оливина легко разлагаются горячими термальными растворами и переходят в серпентин согласно схеме

3Mg2 + SlO2 +.4Н2O = (OH)8Mg6 .

При этом небольшое количество железа, входящего в оливин, переходит в магнетит

Fe2Fe32O4 = Fe3O4

Употребление. Прозрачные разности (хризолит) применяются в ювелирном деле. Крупные массивы оливиновых пород (дунитов) имеют промышленное значение в виду высокого содержания в них магния. Применяются в строительной, огнеупорной, химической промышленности.

Вторым по важности семейством из подгруппы островных силикатов является семейство гранатов.

Общая формула гранатов

R3″R2″’3, где R» — Са, Mg, Fe, Mn; R»’ — Al, Fe, Cr.

Гранаты кристаллизуются в кубической сингонии и встречаются главным образом в кристаллах, иногда очень хорошо образованных, преимущественно в виде ромбододекаэдров (а), иногда в комбинации с тетрагонтриоктаэдром (б) (рис. 52). Гранаты — типичные минералы контактовых месторождений и кристаллических сланцев; иногда они образуются в пегматитовых жилах.

Нужно отметить такие разновидности: альмандин—Fe23Al23 гроссуляр Ca3Al23, андрадит Ca3Fe32 3, спессартин Mn3Al23, пироп Mg3Al23. Самые распространенные из гранатов железо-кальциевые андрадиты Ca3Fe323.

Альмандин

Химический состав — Fe23 Al23. Тв. 7—7,5. Уд. в. 4,1—4,3.

Тёмнокрасного цвета, иногда прозрачен.

Альмандин встречается изредка в магматических горных породах. Типичный минерал слюдяных сланцев и, иногда, пегматитовых жил.

Рис. 52. Формы кристаллов граната: а—ромбододекаэдр; 6—тетрагонтриокгаэдр; в—комбинация ромбододекаэдра d) и тетрагонтриоктаэдра (n); d (110); n—(211)

Гранаты встречаются на Урале, в особенности близ Златоуста на горе Таганай, где находят хорошо образованные кристаллы (рис. 53), а также в Осиновском и Глубочинском месторождениях на Среднем Урале. Крупное месторождение абразивного граната находится в Карелии близ ст. Шуерецкой.

Диагностика. Для альмандина и других гранатов очень характерны: кристаллическая форма и изометрический облик кристаллов, жирный блеск, высокая твердость и сравнительно большой удельный вес.

Употребление. Прозрачные разновидности альмандина гранятся, как драгоценный камень.

Применение в ювелирном деле имеет также магнезиально-глиноземистый гранит (пироп) Mg3Al23 кроваво-красного цвета и зеленый известково-железистый гранат — демантоид (андрадит), широко известный среди ювелиров под названием «хризолита».

Рис. 53. Природные кристаллы граната

Непрозрачные разновидности гранатов, главным образом альмандина, в меньшей степени андрадита и пиропа, применяются в абразивной промышленности в виде «гранатовой бумаги» (шкурки), идущей для шлифовки дерева, цветных металлов, кожи, кости, стекла и др.

Гранаты трудно разрушаются при выветривании и часто обнаруживаются в песке, накапливаясь иногда в россыпях.

Значительно менее распространенным, но практически важным является циркон.

Циркон

Химическим состав Zr. Обычна незначитель-ная примесь окиси железа, тория и гафния, Тв; 7,5. Уд. в. 4,68—4,7. Син

Рис. 54. Форма кристаллов циркона

гония квадратная.

Цвет желто-бурый, медовый и буровато-красный; иногда бывает бесцветным или фиолетовым. Сильный альмазный блеск.

Диагностика. Для циркона характерны: призматический облик кристаллов, блеск, а часто и окраска.

Встречается обычно в мелких хорошо образованных кристаллах (рис. 54), в массивно-кристаллических породах и пегматитовых жилах. Образуется при высоких температурах; генетически связан с кислыми и щелочными магмами. При разрушении коренных месторождений не изменяется п скопляется в россыпях.

Употребление. В металлургии — как ценный огнеупорный материал. В ювелирной промышленности—как драгоценный камень (гиацинт). Окись циркония применяется в стекольной и фарфоровой промышленности, а также при производстве эмалированной посуды.

Металлический Zr—в производстве качественной стали.

Семейство топаза

Несколько сложнее по своему составу минералы семейства топаза. В минералах этого семейства не все ионы кислорода непосредственно связаны с кремнием. Значительная часть гидрокспльных групп замещается фтором, как ионом, имеющим близкий ионный радиус.

Рис. 55. Форма кристаллов топаза

Топаз

Химический состав — Al2(F, OH)2. Тв. 8. Уд. в. 3,4—3,6. Сингония ромбическая.

Бесцветные, голубые, розовые и желтые кристаллы (рис. 55) обычно призматической формы, с совершенной спайностью (по 001).

Диагностика. Для топаза характерны форма кристаллов, высокая твердость и совершенная спайность. В зернистых агрегатах топаз похож на кварц, от которого отличается большей твердостью, совершенной спайностью и более сильным блеском.

Топаз — типичный минерал пегматитовых и пневматолитовых жил. Встречается вместе с кварцем, полевым шпатом, слюдами, оловянным камнем, апатитом, бериллом и др.

В СНГ топазы известны на Урале-Мурзинка (к северу от Свердловска), Ильменские горы на Южном Урале—Кочкарская система (розовые топазы в россыпях); в Сибири—Забайкалье— Шерлова гора и Борщовочный кряж. Крупные месторождения найдены на Украине, в районе дер. Писаревки на Волыни.

Употребление. Топаз применяется как абразив, а также в качестве материала для опорных камней, подпятников и других частей точных приборов. Прозрачные разновидности гранятся, как драгоценные камни. Несколько сходен с топазом по химическому составу.

Кианит (дистен)

Химический состав (АlOАl). Тв. 5—7,25. Уд. в. 3,56—3,67. Сингония триклинная.

Твердость кианита по различным направлениям неодинакова, вдоль кристалла она равна 4, а поперек достигает 6, ввиду чего этот минерал называют также дистен (в переводе с греческого— двоякосопротивляюшийся). Спайность совершенная.

Цвет кианита синий, разных, оттенков, от голубого до зеленоватого и желтоватого, блеск стеклянный. Прозрачен или просвечивает. Встречается в виде удлиненных плоских кристаллов, плохо образованных на концах.

Диагностика. Для кианита характерны плоские кристаллы обычно синего цвета и неодинаковая твердость, в зависимости от направления (рис. 56).

Кианит — характерный минерал кристаллических сланцев глубинных зон метаморфизма и некоторых пегматитовых жил.

В СНГ известен ряд крупных месторождений кианита. Как химически прочный минерал часто встречается в песках и песчаниках.

Употребление. Кианит — ценный материал для огне упорных и кислотоупорных изделий. Прозрачные разности гранятся для ювелирных изделии.

Рис. 56. Кристаллы дистена

Широко распространены в земной коре вторичные силикаты семейства эпидота.

Эпидот

Химический состав — Са2(Аl, Fe)3O ∙ OH(SiO4) (Si2O7) Тв. 6,5. Уд. в. 3,3—3,5. Сингония моноклинная.

Цвет фисташково-зеленый, иногда бурый и розовый (тулит). Встречается в плотных массах, шестоватого сложения. Кристаллизуется в призматических кристаллах, нередко прекрасно образованных.

Обладает совершенной спайностью в одном направлении. Диагностика. Для эпидота характерны желтовато-зеленая (фисташковая) окраска, спайность и стеклянный блеск. На призматических кристаллах эпидота часто заметна продольная штриховка.

Эпидот встречается в трещинах и жилах, а также образуется в областях контакта. Он часто образуется из силикатов, в особенности из основных полевых шпатов и роговой обманки (позеленение пород) при их вторичных изменениях. Прекрасными кристаллами эпидота славится Ахматовская копь (Южный Урал, Златоустовский район).

Представителем силикатов со сдвоенными кремнекислородными тетраэдрами может служить каламин.

Каламин (гемиморфит, кремнекислый цинк).

Химический состав — Zn4(OH)2H20. Тв. 4,5—5. Уд. в. 3,4—3,5. Сингония ромбическая.

Обычно в мелких кристаллах; образует сплошные зернистые массы и натечные почковидные формы белого, голубого, зеленоватого, бурого и серого цветов.

Дагностика. Каламин в плотных агрегатах и натечных формах похож на смитсонит, от которого отличается по реакции с кислотами. При действии кислоты смитсонит вскипает, а каламин этой реакции не дает. Образуется в верхних частях рудных жил вместе с смитсонитом (ZnCO3) при выветривании цинковой обманки (ZnS). Такая смешанная руда носит название галмей и является весьма распространенной.

Употребление. Хорошая руда на цинк.