Силикатные минералы | Науки о Земле | Видениеобучение

Минерал кварц ( SiO2) встречается во всех типах горных пород и во всех частях мира. Он встречается в виде песчинок в осадочных породах, в виде кристаллов как в изверженных, так и в метаморфических породах, а также в жилах, прорезающих все типы горных пород, иногда содержащих золото или другие драгоценные металлы. Он настолько распространен на поверхности Земли, что до конца 1700-х годов его называли просто «горным хрусталем». Сегодня кварц — это то, что большинство людей представляет себе при слове «кристалл».

Кварц относится к группе минералов, называемых силикаты, все из которых содержат элементы кремний и кислород в той или иной пропорции. Силикаты на сегодняшний день являются наиболее распространенными минералами в земной коре и мантии, составляя, по большинству оценок, 95% коры и 97% мантии. Силикаты обладают широким разнообразием физических свойств, несмотря на то, что они часто имеют очень похожие химические формулы. На первый взгляд, например, формулы для кварца (SiO2) и оливин ((Fe,Mg)2SiO4) кажутся довольно похожими; эти, казалось бы, незначительные различия, однако, отражают очень разные основные кристаллические структуры и, следовательно, очень разные физические свойства. Помимо прочих отличий, кварц плавится примерно при 600°С, тогда как оливин остается твердым при температурах почти вдвое выше; кварц обычно прозрачен и бесцветен, тогда как оливин получил свое название из-за оливково-зеленого цвета.

Разнообразие и обилие силикатных минералов является результатом природы атома кремния и, более конкретно, универсальности и стабильности кремния при связывании с кислородом. На самом деле чистый кремний не был выделен до 1822 года, когда шведский химик Йонс Якоб Берцелиус (см. Биография ссылку в разделе «Ресурсы»), наконец, удалось отделить кремний от его наиболее распространенного соединения, силикатного аниона (SiO4) 4- . Этот анион принимает форму тетраэдра с ионом Si 4+ в центре и четырьмя ионами O 2- по углам (см. рис. 1); таким образом, молекулярный анион имеет суммарный заряд -4.

Три способа рисования кварцевого тетраэдра

Рисунок 1: Три способа изображения кремнеземного тетраэдра: а) Слева: шаростержневая модель, показывающая катион кремния оранжевым цветом, окруженным 4 анионами кислорода синим цветом; б) В центре модель заполнения пространства; в) Справа геометрическая стенография.

Читайте также:
Украшения для гостиной

Связи Si-O внутри этой тетраэдрической структуры частично ионные и частично ковалентные, и они очень прочные. Тетраэдры кремнезема связываются друг с другом и с различными катионами разными способами, образуя силикатные минералы. Несмотря на то, что силикатных минералов насчитывается много сотен, по-настоящему распространены лишь около 25. Поэтому, поняв, как эти кварцевые тетраэдры образуют минералы, вы сможете назвать и идентифицировать 95% горных пород, с которыми вы сталкиваетесь на поверхности Земли.

Увидеть структуру силикатов

Ранние минералоги группировали минералы в соответствии с физическими свойствами, что привело к распределению силикатов по многим группам, поскольку они имеют очень разные свойства. Однако к началу 1800-х годов Берцелиус начал классифицировать минералы на основе их химического состава, а не физических свойств, определяя такие группы, как оксиды и сульфиды — и, конечно же, силикаты. В то время Берцелиус смог определить абсолютные пропорции элементов в минерале, но он не мог увидеть внутреннее расположение атомов этих элементов в их кристаллической структуре.

Подробного представления о внутреннем расположении атомов в минералах пришлось бы ждать более 100 лет до разработки дифракции рентгеновских лучей (XRD) Максом фон Лауэ и ее применения для определения межатомных расстояний командой отца и сына Уильяма Генри. Брэгг и Уильям Лоуренс Брэгг несколько лет спустя (см. их биографии в разделе «Ресурсы»). В процессе XRD рентгеновские лучи направляются на кристалл. Электроны в атомах внутри кристалла взаимодействуют с рентгеновскими лучами и вызывают их дифракцию. Точно так же, как свет может преломляться решеткой или картой (дополнительную информацию по этой теме см. в нашем модуле «Свет I: частица или волна?»), появляются полосы деструктивной интерференции. Этот шаблон можно использовать для определения расстояния между атомами в кристаллической структуре в соответствии с законом Брэгга. Работа Брэггов открыла новый мир минералогии, и в 2 году им была присуждена Нобелевская премия за работу по определению кристаллической структуры NaCl, ZnS и алмаза. XRD показал, что даже минералы с похожими химическими формулами могут иметь очень разные кристаллические структуры, что сильно влияет на химические и физические свойства этих минералов.

Читайте также:
20 лучших цветовых схем интерьера для дизайна вашего дома - Foyr Neo

Когда ученые создали XRD-изображения атомной структуры минералов, они смогли лучше понять природу связей между атомами в силикатных и других кристаллах. Внутри кварцевого тетраэдра любая одиночная связь Si-O требует половины доступных связывающих электронов иона O 2-, а это означает, что каждый O 2- может связываться со вторым ионом, включая другой ион Si 4+. Результатом этого является то, что тетраэдры кремнезема могут полимеризоваться или образовывать цепные соединения, разделяя атом кислорода с соседним тетраэдром кремнезема. Силикаты, по сути, подразделяются на основе формы и характера связывания этих полимеров, потому что форма влияет на внешнюю кристаллическую форму, твердость и расщепление минерала, температуру плавления и устойчивость к атмосферным воздействиям. Эти различные атомные структуры создают узнаваемые и согласованные физические свойства, поэтому полезно понимать структуры на атомном уровне, чтобы идентифицировать и классифицировать силикатные минералы. Идентификация минералов в камне может показаться загадочным упражнением, но только идентифицируя минералы, мы начинаем понимать историю данной породы.

Наиболее распространенные силикатные минералы делятся на четыре типа структур, более подробно описанных ниже: изолированные тетраэдры, цепочки тетраэдров кремнезема, листы тетраэдров и каркас взаимосвязанных тетраэдров.

Кремнеземный тетраэдр состоит из

Изолированные тетраэдры: оливин

Простейшая атомная структура включает отдельные анионы кремнезема и катионы металлов, обычно железа (Fe) и магния (Mg), которые чаще всего существуют в виде ионов с зарядом +2. Следовательно, требуется два атома Fe 2+ или Mg 2+ (или по одному каждого из них), чтобы уравновесить заряд -4 аниона кремнезема. Оливин (см. рис. 2а и 2б ниже) является наиболее распространенным силикатом этого типа и составляет большую часть мантии. Поскольку эти минералы содержат относительно высокую долю железа и магния, они имеют тенденцию быть одновременно плотными и темными. Поскольку тетраэдры не полимеризованы, нет согласованных плоскостей внутренней атомной слабости, поэтому у них также нет спайности. Гранат — еще один распространенный минерал с такой структурой.

Изображение одиночного силикатного тетраэдра

Рисунок 2а: Изображение одиночного силикатного тетраэдра.

Изображение оливина

Рисунок 2b: Изображение оливина (зеленые кристаллы), пример силикатной структуры, состоящей из изолированных тетраэдров, с прожилкой базальта (серый материал).

Читайте также:
Советы, которые помогут выбрать правильную подушку для оптимального сна

Цепочки тетраэдров: пироксены и амфиболы

Когда силикатные анионы полимеризуются, они делят атом кислорода с соседним тетраэдром. Обычно каждый тетраэдр будет иметь два общих атома кислорода, образуя структуры с длинной цепью. Однако эти цепи по-прежнему имеют общий отрицательный заряд, и цепи связываются с катионами металлов, такими как Fe 2+ , Mg 2+ и Ca 2+ , чтобы сбалансировать отрицательный заряд. Эти катионы металлов обычно связываются с несколькими цепями, образуя мостики между цепями. Одноцепочечные силикаты включают общую группу, называемую пироксенами, которые обычно имеют темный цвет (см. рис. 3а и 3б). Поскольку связи внутри тетраэдров прочны, плоскости атомной слабости не пересекают цепи; вместо этого пироксены имеют две плоскости спайности, параллельные цепям и почти под прямым углом друг к другу.

Схематическая диаграмма структуры одноцепочечного кремнезема

Рисунок 3а: Схематическая диаграмма структуры одноцепочечной двуокиси кремния. Там, где соприкасаются два тетраэдра, у них общий ион кислорода.

Пироксен является одним из доминирующих минералов в этом образце габбро.

Рисунок 3b: Пироксен является одним из доминирующих минералов в этом образце габбро. Это темный минерал, и его трудно распознать.

Двойные цепи образуются, когда каждый второй тетраэдр в одиночной цепи разделяет третий ион кислорода с соседней цепью (см. рис. 4а). Как и одинарные цепи, двойные цепи по-прежнему сохраняют суммарный отрицательный заряд и связываются с катионами, которые могут образовывать мостики между несколькими двойными цепями.

Схематическая диаграмма структуры силиката с двойной цепью

Рисунок 4а: Схематическая диаграмма структуры силиката с двойной цепью.

Силикаты с двойной цепью, называемые амфиболами, содержат более широкий спектр катионов, включая Fe 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Al 3+ и Na + , и имеют широкий спектр цветов. Наиболее распространенным амфиболом является роговая обманка, черный минерал, встречающийся в магматических породах, таких как гранит и андезит (см. рис. 4b и 4c). Амфиболы имеют тенденцию образовывать призматические кристаллы с двумя плоскостями спайности, расположенными под углом 120 градусов друг к другу.

Отдельные кристаллы роговой обманки

Рисунок 4b: Отдельные кристаллы роговой обманки, на которых видна характерная спайность.

роговая обманка

Рисунок 4с: Роговая обманка — темный минерал в этой породе.

Пироксены и амфиболы бывает трудно отличить друг от друга, поскольку они оба представляют собой темные блочные минералы. Для их идентификации требуется тщательное изучение угла между плоскостями спайности, описанное выше.

Читайте также:
Как покрасить потолок водоэмульсионной краской собственными руками: пошаговая инструкция

Лучший способ отличить одноцепочечные силикатные минералы от двухцепочечных силикатных минералов — изучить их

Листы: Слюды и глины

Когда каждый тетраэдр делит три своих иона кислорода с соседними тетраэдрами, образуются листы (см. рис. 5а). Слюды, такие как мусковит и биотит (см. рис. 5b), являются обычными пластинчатыми силикатами, отличающимися идеальной спайностью. Это идеальное расщепление является результатом типа связей, которые возникают между листами — связей Ван-дер-Ваальса. Поскольку связи Ван-дер-Ваальса слабые, расщепление происходит между листами, а не между листами. Глины – еще один очень важный листовой силикат, который включает воду в свою атомную структуру. Присутствие воды смазывает листы и облегчает работу с глиной при формировании гончарных изделий; в процессе обжига минералы нагреваются до такой степени, что вода испаряется, в результате чего получается жесткая и прочная конструкция, такая как горшок.

Пример биотита

Рисунок 5b: Пример биотита.

Биотит и мусковит

Рисунок 5с: Пример москвича. (И биотит, и мусковит представляют собой слюды, представляющие собой один из видов пластинчатого силиката.)

Каркас: Кварц и полевой шпат

Пример трехмерной структуры, образованной каркасным силикатом

Рисунок 6а: Пример трехмерной структуры, образованной каркасным силикатом

Когда каждый тетраэдр делит все свои атомы кислорода с соседними тетраэдрами, формируется очень прочный трехмерный каркас связей Si-O (см. рис. 3а). Кварц — это чистый SiO 6 ; обратите внимание, что заряд теперь точно сбалансирован, и никакие другие связывающие ионы не нужны. В полевых шпатах один или два из каждых четырех ионов Si 2+ замещаются ионом Al 4+ , создавая дисбаланс заряда, который необходимо решать за счет присутствия дополнительных катионов: K + , Na + и Ca 3+ . Есть два вида полевых шпатов, в структуру которых включены катионы. Полевые шпаты, содержащие катион К+, называются калиевыми полевыми шпатами или щелочными полевыми шпатами, тогда как те, которые содержат Na+ и Ca2+, называются плагиоклазовыми полевыми шпатами (см. рис. 2b). Это разделение происходит из-за того, что K + является гораздо более крупным катионом, чем Ca 6+ или Na + , и его присутствие создает слегка расширенную каркасную структуру.

Полевой шпат и калиевый полевой шпат

Рисунок 6b: Белые блочные минералы в породе слева представляют собой полевой шпат плагиоклаза; розовые минералы в скале справа (гранит) — это калиевый полевой шпат.

Читайте также:
Двухъярусные кровати Бизнес-руководство |

Как и оливин, кварц также не имеет спайности, потому что в этой трехмерной структуре нет естественной слабости. Полевые шпаты, с другой стороны, имеют две хорошие плоскости спайности, расположенные примерно на 3 градусов друг к другу, отчасти из-за того, что ион алюминия слегка меняет структуру, открывая слабые плоскости. Кварц и полевой шпат, как правило, также имеют светлый цвет, поэтому их легко отличить от более темных минералов, таких как оливин и пироксен.

Кварц и полевой шпат вместе составляют основную часть горных пород, которые мы видим на поверхности. Плагиоклазовый полевой шпат является единственным наиболее распространенным минералом в земной коре, составляющим примерно 39% как континентальной, так и океанической коры. Кварц составляет примерно 12% всей коры, но это, безусловно, самый распространенный минерал, который мы видим на поверхности из-за его устойчивости к атмосферным воздействиям.

Знакомство с этими несколькими минералами — оливином, гранатом, пироксеном, роговой обманкой, мусковитом, биотитом, калиевым полевым шпатом, плагиоклазом и кварцем — подготовит вас к идентификации и интерпретации подавляющего большинства горных пород, которые вы увидите на поверхности Земли.

Кварц не имеет спайности, потому что

Силикаты как природный ресурс

Хотя мы обычно думаем об угле или нефти, обсуждая природные ресурсы, силикатные минералы — это природный ресурс, без которого мы не можем жить на нашей планете, и не только из-за нашей растущей зависимости от компьютеров. Без кварца не было бы стекла. Без глинистых минералов у нас не было бы ни керамики, ни гончарных изделий. Мы используем силикатные минералы в производстве многих строительных материалов, в том числе кирпича и бетона. В результате выветривания силикатных минералов на поверхности Земли образуются почвы, на которых мы выращиваем нашу пищу, и песок на наших пляжах. В основе важных для нас свойств минералов лежит универсальность силикатного аниона в сочетании с другими элементами.

Заключение

Понимание структуры силикатных минералов позволяет идентифицировать 95% горных пород на Земле. Этот модуль охватывает структуру силикатов, наиболее распространенных минералов в земной коре. Модуль объясняет значение кварцевого тетраэдра и описывает разнообразие форм, которые он принимает. Рентгеновская дифракция обсуждается в связи с пониманием атомной структуры минералов.

Читайте также:
11 лучших мини-сковородок для блинов

Ключевые идеи

Силикатные минералы являются наиболее распространенными минералами Земли и включают кварц, полевой шпат, слюду, амфибол, пироксен и оливин.

Тетраэдры кремнезема, состоящие из кремния и кислорода, образуют цепочки, листы и каркасы и связываются с другими катионами, образуя силикатные минералы.

Рентгеновская дифракция (XRD) позволяет ученым определять кристаллическую структуру минералов.

Физические свойства силикатных минералов во многом определяются кристаллической структурой.

Дальнейшее чтение

Энн Э. Эггер, доктор философии. «Силикатные минералы» Visionlearning Vol. ЭАС-2 (9), 2006.

Расчет газосиликатных блоков дома онлайн калькулятором

Все больше людей предпочитают переезжать из неблагоустроенных шумных новостроек в центральные районы в тихие пригороды. Жизнь вдали от городской суеты в собственном доме имеет ряд очевидных преимуществ, перечислять которые нет смысла.

Однако не у всех есть возможность нанять строительную компанию, которая бы за значительную сумму денег избавила вас от всех хлопот. А сэкономить и предпочесть построить самостоятельно, по возможности заказывая проект дома, расчет которого лучше доверить опытным специалистам.

Если вы решили делать все своими руками, в первую очередь у вас должна возникнуть проблема, какой строительный блок лучше использовать при строительстве домов. Для большинства этот вопрос будет иметь решающее значение, ведь затраты на стройматериалы составляют примерно одну треть от общей стоимости дома и легкомыслие тут ни к чему.

В кризис, когда за несколько лет цены на кирпич и керамику выросли более чем в два раза, а дом из бруса недолговечен, требует постоянной обработки и может сгореть как спичка для капитального строения имеет смысл использовать Нечто большее практический .

Силикатный стал оптимальным решением для тех, кто хочет построить небольшой современный дом за небольшие деньги. Прочный, морозостойкий, легкий, экологически чистый – вот лишь некоторые преимущества этого материала.

Чтобы вы могли заранее рассчитать расходы и скорректировать свой бюджет, СЕРВИС Kalk.pro разработал онлайн-калькулятор силикатных блоков для строительства. Простой и интуитивно понятный интерфейс не требует специальных знаний, конвертация производится быстро и с максимальной точностью. Основано на данных ГОСТ 21520-89 «Блоки из ячеистого бетона стеновые мелкие», ГОСТ 25485-89 «Бетон ячеистый», ГОСТ 31360-2007 «Изделия стеновые неармированные из ячеистого автоклавного бетона».

Читайте также:
Цены на деревянные окна - подробные окна и стоимость установки

Как пользоваться онлайн калькулятором силикатных блоков

Самостоятельный расчет – это долгая кропотливая работа, которая не всегда приводит к более точным результатам. Кроме того, никто не застрахован от ошибок, из-за которых все ваши действия окажутся напрасными. Наш силикатный калькулятор предназначен, чтобы помочь Вам в проведении расчета количества, объема и стоимости строительных материалов. В отличие от человека, он не может ошибиться, алгоритм выверен и проверен на практике.

Для того, чтобы начать пользоваться сервисом, нужно поставить перед собой план дома и хотя бы приблизительно узнать характеристики предполагаемых блоков. Затем заполните следующие поля.

Параметры блока:

  • размер блока, мм (600х300х200 мм – модель);
  • плотность, кг/м 3 (400-600 кг/м 3 – оптимальное решение для большинства домов);
  • цена за единицу, руб. (можно посмотреть в любом строительном магазине);
  • запастись боем и разделкой (советуем оставить 3-5%);

Параметры стен:

  • общая длина всех стен, м (при одинаковой кладке);
  • высота стен по углам, м (распространена в частном строительстве – 2.7 м на один этаж);
  • вариант укладки (напольный блок);
  • толщина раствора в кладке (глина или пена);
  • кладочная сетка (наличие или отсутствие, на ваше усмотрение).

Теперь можно нажать кнопку » Рассчитать » и получить первые приблизительные результаты без дополнительных элементов конструкции. Рекомендуем продолжить заполнение калькулятора, добавляя необходимые поля.

Окна и двери:

  • высота (см;
  • ширина, см;
  • Количество, шт.

Фронтоны:

  • тип (треугольный, трапециевидный или пятиугольный);
  • высота, м;
  • ширина баз м;
  • Количество, шт.

Джемпер:

  • толщина, мм;
  • длина, м;
  • Количество, шт.

Сетки:

  • толщина, мм;
  • Количество, шт.

По умолчанию ширина перемычек и подкладочных сеток принимается равной ширине блока.

Теперь, нажав на кнопку » Рассчитать ” вы получите максимально точные значения необходимых материалов, включая правильную расчет клея для силикатных блоков. Эти данные информативны, но их должно хватить, чтобы зайти в магазин и попасть в неловкую ситуацию, когда в конце строительства вам придется пропустить несколько блоков, чтобы достроить стены.

О силикате

Силикатный — это разновидность легкого ячеистого бетона автоклавного производства из тонкоизмельченной силикатной смеси извести и кварцевого песка без добавления цемента.

Читайте также:
Общие факты и понятия о подземных водах

История

Современная история газобетона берет свое начало в первой половине ХХ века. Тогда американским ученым впервые удалось получить стабильную газонасыщенную смесь с порошком алюминия. Активно взаимодействуя с цементом, он выделяет водород, который равномерно распределяется по объему раствора, образуя пустоты.

Используя эти разработки, через несколько лет шведский изобретатель Эрикссон получает новый материал – газосиликат. Жидкая смесь, состоящая из извести и кизельных добавок, помещалась в специальную камеру, где под значительным давлением некоторое время подвергалась воздействию пара высокой температуры. После неоднократных исследований и осознания того, что эти агрегаты обладают потрясающей производительностью, была быстро создана производственная компания «Ytong», которая и по сей день выпускает продукцию высочайшего качества.

Преимущества и недостатки

В нашей стране силикат особенно популярен при строительстве частных домов и небольших пристроек. Благодаря своим исключительным свойствам и лучшему сочетанию цены и качества он заслуженно оправдывает звание народного любимца.

Плюсы:

  • легкий вес блоков снижает стоимость доставки и монтажа;
  • высокий показатель прочности на сжатие;
  • за счет пористой структуры отличные тепло- и звукоизоляционные свойства;
  • экологически чистый, не содержит токсичных примесей;
  • значительная паропроницаемость, материал может «дышать»;
  • простота обработки, раскрой блоков можно выполнять самостоятельно.

Однако данный тип юнитов является абсолютным лидером и на это тоже есть свои причины.

Минусы:

  • низкая прочность на растяжение, особенно требовательна к качеству фундамента;
  • гигроскопичность, агрегаты обладают высокой впитывающей способностью и нуждаются в отделке.

При соблюдении технологии монтажа и правильном оштукатуривании поверхности, как утверждают производители, материал сохраняет свои исключительные свойства на протяжении 80 и более лет.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ГОСТ 25485-89 определяет основные параметры, которые необходимо соблюдать для всех бетонов, и устанавливает предельно допустимые отклонения. Исходя из собственных интересов или для получения максимальной выгоды, практически все компании пользуются этой возможностью, внося свои коррективы. Мы собрали усредненные характеристики блоков крупнейших производителей на рынке.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: