bài giảng vật liệu silicat chương mở đầu

1 TRUỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC & CN THỰC PHẨM V T LI U SILICATEẬ Ệ V T LI U SILICATEẬ Ệ NỘI DUNG MỞ ĐẦU GỐM SỨ VÀ VẬT LIỆU CHỊU NHIỆT XI MĂNG VÀ BÊ TÔNG THỦY TINH 2 3 MỞ ĐẦU 4 HOÁ HỌC SILIC VÀ HOÁ LÝ SILICAT Sơ bộ về hoá học silic Silic chiếm 28% khối luợng vỏ quả đất mà chúng ta có thể nghiên cứu được. Là nguyên tố chủ yếu trong các khoáng vật và đất đá. Trong thiên nhiên silic tồn tại dưới dạng các hợp chất: - SiO2, chẳng hạn như cát, thạch anh, điatômit (là một dạng SiO2 vô định hình) - Muối của axit silicic (silicat). Phổ biến nhất trong thiên nhiên là các aluminôsilicat, nghĩa là silicat mà trong thành phần của nó có nhôm. Chẳng hạn như tràng thạch, mica, cao lanh Nguyên tố Si 5 6 Các axit silicic và các silicat. SiO2 là một ôxit axit, nó ứng với các axit silicic ít tan trong nước, công thức chung nSiO2.mH2O. Người ta chỉ tách ra được ở trạng thái tự do axit ôctôsilicic và axit mêtasilicic. - Axit octôsilicic H4SiO4. Vd silicat từ axit này là khoáng ôlivin (Mg,Fe)2SiO4 hay 2FeO.SiO2 (ôctôsilicat manhê và sắt); - Axit metasilicic H2SiO3. Vd silicat từ axit này là khoáng vôlastônit CaSiO3 hay CaO.SiO2 (mêtasilicat canxi) - Axit pôlisilicic: không có bằng chứng về sự tồn tại của chúng. Tuy nhiên các muối của chúng (silicat) rất phong phú. 7 Vi du muối từ axit: + khoáng ôctôklaz KAlSi 3 O 8 (hay K 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 ) (trisilicat aluminôkali) + khoáng caolinit H 4 Al 2 Si 2 O 9 (hay Al2O3.2SiO2.2H2O) + mica trắng H4K2Al6Si6O24 (hayK2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O) + amian CaMg3Si4O12 (hay CaO.3MgO.4SiO2) Các silicat đặc biệt phổ biến trong thiên nhiên. Fenspat (tràng thạch), mica, đất sét, amian, hoạt thạch (talc) (3MgO.4SiO2.H2O) và nhiều khoáng vật khác đều là các silicat thiên nhiên. 8 Ví dụ: khoáng caolinit: Công thức hoá học Al2O3.2 SiO2.2H2O hay H4Al2Si209 Công thức cấu tạo Al4[Si4O10](OH)8 Ta thấy cấu trúc của caolinit tạo nên từ các nhóm cấu trúc [Si4O10] dạng tấm lớp, các ion Al3+ không nằm trong cầu alumôsilic-ôxy mà nằm ngoài thành các lớp bát diện, các ion (OH)- là các anion nằm trong cấu trúc của mạng tinh thể (additional anions). - Cầu silic-ôxy: [Si4O10] đặt trong ngoặc vuông. - Cầu aluminôsilic-ôxy: [Si3AlO8] đặt trong ngoặc vuông như công thức khoáng albit Na[Si3AlO8] 9 Ví dụ: khoáng halloysite Công thức hoá học: Al2O3.2 SiO2.6H2O H12Al2Si2013 Công thức cấu tạo: Al4[Si4O10](OH)8 4 H2O H2O trong công thức cấu tạo rõ ràng là dạng ngậm nước (aquatic). Như vậy halloysite chính là khoáng caolinit ngậm 4 phân tử H2O 10 Ví dụ: khoáng palygorskite Công thức hoá học: 2 MgO.Al2O3.8 SiO2.9 H2O Mg2Al2Si8O30H18 Công thức cấu tạo: Mg2Al2[Si8O20] (OH)2.8 H2O Nhóm cấu trúc [Si8O20] dạng xích kép, Al3+ nằm ngoài cầu alumôsilic-ôxy, additional anions OH- , ngậm nước (aquatic) 8 H2O [...]...Cơng thức hố học của các hợp chất silicat cơng thức hố học silicat = ơxit tạo thành silicat theo thứ tự cation từ thấp đến cao, ở giữa chúng là dấu chấm, và cuối cùng là ơxit silic (SiO2) Các ơxyt được viết trong cùng một hàng Cơng thức hố học các hợp chất silicat dùng để biểu diễn thành phần hố học nhất định của các khống chất silicat có cấu trúc tinh thể Ví d : CaO.3MgO.4SiO2 11... cấu trúc khác nhau - Cấu trúc tinh thể nhọn: silicat có những tứ diện đều đẳng hướng Vd: khống ơlivin (Mg,Fe)2[SiO4] - Silicat có nhóm kích thước giới hạn - Silicat có nhóm tạo nên mạng lưới hình xích đơn và xích kép (cấu trúc băng dải dài vơ tận) Vd: volastonit Ca3[Si3O9] cấu trúc xích đơn - Silicat có cấu trúc tấm lớp: Vd: caolinit Al4[Si4O10](OH)8 - Silicat có nhóm tạo nên cấu trúc khung: Vd: các... 1/3 hố trị của O2- 18 Nhóm 2: Silicat có nhóm gốc giới hạn Thực chất đây là cấu trúc silicat gồm nhiều nhóm [SiO4]4-liên kết với nhau Tạo ra: Điơct silicat [Si2O7]6- vd khống ghêlenit Ca2Al[Si2O7] (2 CaO.Al2O3 SiO2) Silicat mạch vòng gồm 3, 4, 6 tứ diện [SiO4]4-liên kết với nhau qua cầu ơxy chung (cầu silic-ơxy) Vòng 3: [Si3O9]6- vd khống binhiơtit Ca3[Si3O9], khống titan silicat BaTi[Si3O9] Vòng 4 :... nhau qua 3 đỉnh (3 ơxy chung) Cấu trúc cầu nối 2 lớp : 1 lớp tứ diện [SiO4]4gọi là lớp têtra, 1lớp bát diện [AlO6]9- gọi là lớp ơcta 31 Silicat cấu trúc tấm, lớp là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp silicat như; mica, thủy mica, khoáng caolanh, hoạt thạch, hydrosilicat canxitibemôrit, olênit… Thường trong cấu trúc tấm lớp ta thấy [SiO4]4liên kết thành mạch vòng 6 nhóm [SiO4]4- và còn thấy loại... trưng cho silicat có cấu trúc xích đơn là họ mêtasilicat điopxit (Ca, Mg)[Si2O6] Avơgit Ca(Mg, Fe)[Si2O6], enstatit Mg2[Si2O6], vơlastônit Ca3[Si3O9] 24 25 Cấu trúc xích kép gồm hai xích đơn nối với nhau qua cầu oxy tạo nên hai tầng và trùng hợp thành hình băng, dãy dài vô tận Nhóm xích kép amphibôn gồm hai dãy xích đơn pirôxen nối với nhau qua cầu oxy tạo nên nhóm đặc trưng xích amphibôn Silicat có... hay một mặt (3 ơxy chung) vì kém bền 15 Phân loại cấu trúc silicat, cơng thức cấu tạo các silicat Có 5 loại tuỳ theo cách thức liên kết các tứ diện [SiO4]4- với nhau thành các nhóm cấu trúc khác nhau và từ đó tạo thành mạng lưới tinh thể, như vậy chúng ta sẽ có các cơng thức cấu tạo khác nhau Như vậy, nhìn vào cơng thức cấu tạo của một hợp chất silicat chúng ta có thể biết được cấu trúc (các nhóm cấu... của quắc, tràng thạch kali K[AlSi3O8]3 13 Cơ sở cấu trúc mạng lưới silicat là các tứ diện silic-ơxy [SiO4]4- Độ dài liên kết Si-O là 1.62 A0 Si ln có số phối trí là 4, liên kết Si-O gồm 50% liên kết ion và 50% liên kết cộng hố trị Các tứ diện [SiO4]4- có thể liên kết nhau tạo nên cầu silic-ơxy-(silic) hình thành nên nhiều loại mạng lưới silicat : đảo, mạch vòng, xích đơn, xích kép, tấm lớp, khung 14 Các... Al)5(OH, F)2[Si8O22] 26 Nhóm xích kép cơxơnôlit gồm hai dãy xích đơn vôlastônit nối với nhau qua cầu oxy chung tạo nên nhóm đặc trưng [Si6O17] đại diện cho hydrosilicat canxi như nhóm cơrômôlit, tôbemôlit: Ca6[Si6O17](OH)2 27 28 29 30 Nhóm 4: Silicat có cấu trúc tấm lớp Các tứ diện [SiO4]4- sắp xếp thành dạng hexa hay giả hexa, thành tấm lớp, chúng liên kết với nhau qua 3 đỉnh (3 ơxy chung) Nhóm đặc... [Si6O18]12- hay [Si5O15]10 20 Liên kết pha nhóm [SiO4] thành mạch vòng như khoáng: Tiatn silicat BaTi[Si3O9] Binhitôit Ca3[Si3O9] Catapolerit Na2Zr[Si3O9].2H2O 21 Liên kết 6 nhóm tứ diện [SiO4]4- thành mạch vòng [Si6O18]12như các khoáng Bêrili Al2Be[Si6O18] Điôpta Cu6[Si6O18].6H2O Lavôzerit Na2Zr[Si6O12(OH)6] 22 Nhóm 3: silicat có cấu trúc xích đơn và xích kép dài vơ tận Nhóm xích đơn: gồm nhóm metagheromanat... cơng thức cấu tạo khác nhau Như vậy, nhìn vào cơng thức cấu tạo của một hợp chất silicat chúng ta có thể biết được cấu trúc (các nhóm cấu trúc tạo nên từ [SiO4]4-) của hợp chất đó như thế nào 16 Nhóm 1: Silicat cấu trúc dạng đảo Các đơn vị cấu trúc [SiO4]4- nằm riêng biệt Các cation Mg2+, Fe2+, Ca2+, Mn2+, Zn2+ nối các đơn vị cấu trúc [SiO4]4- lại với nhau Các cation K+ và Na+ hầu như ít gặp Al3+ hầu . CN THỰC PHẨM V T LI U SILICATEẬ Ệ V T LI U SILICATEẬ Ệ NỘI DUNG MỞ ĐẦU GỐM SỨ VÀ VẬT LIỆU CHỊU NHIỆT XI MĂNG VÀ BÊ TÔNG THỦY TINH 2 3 MỞ ĐẦU 4 HOÁ HỌC SILIC VÀ HOÁ LÝ SILICAT Sơ bộ về hoá học. nhiên là các alumin silicat, nghĩa là silicat mà trong thành phần của nó có nhôm. Chẳng hạn như tràng thạch, mica, cao lanh Nguyên tố Si 5 6 Các axit silicic và các silicat. SiO2 là một ôxit. mêtasilicic. - Axit octôsilicic H4SiO4. Vd silicat từ axit này là khoáng ôlivin (Mg,Fe)2SiO4 hay 2FeO.SiO2 (ôct silicat manhê và sắt); - Axit metasilicic H2SiO3. Vd silicat từ axit này là khoáng vôlastônit