Неорганические соединения в строительных материалах

 

Вступает в окислительно-восстановительные  реакции.

         CaSO₄ + 3С_кокс CaS + 2CO + CO₂                 (900^oC)

            CaSO₄ + 4CO CaS + 4CO₂                                     (600-800^oC)

Вступает в реакции  обмена с солями при условии образования  не электролита.

                                    CaSO₄ + Na₂CO_3(k)CaCO3 +Na₂SO₄

2.2

Получение.

                                     MgSO₄ + Ca(ClO₄)₂   CaSO₄ + Mg(ClO₄)₂

                                     Ca(OH)₂ + H₂SO_4(k) CaSO₄ +2H₂O

                                     CaCl₂ +K₂SO₄    CaSO₄ + 2KCl   (800^oC)

Получать сам кристаллогидрат  нет необходимости, так как он в таком состоянии находится  в природе.

2.3

Идентификация.

Реакция с хлоридом бария. Поместим в пробирку 1-2 капли исследуемого раствора, 2-3 капли 6 н. раствора HCl и затем прильем 1-2 капли раствора BaCl_2. В присутствии SO₄^2- мгновенно образуется белый кристаллический осадок BaSO₄, нерастворимый в хлористоводородной кислоте.

Реакция с карбонатом бария. Поместим в тигель 2-3 капли точно нейтрализованного исследуемого раствора и 2-3 капли суспензии х.ч. BaCO₃. Смесь выпарим на водяной бане; сухой остаток смочим 1 каплей раствора фенолфталеина. Если в исследуемом растворе присутствует сульфат, то фенолфталеин окрашивается в малиново-красный цвет  (холостой опыт!). Изменение цвета индикатора объясняется образованием карбонат-ионов, обусловливающих щелочную реакцию среды вследствие гидролиза.

 

2.4

Применение. Хотя гипс добывают не в таких количествах, как известняк, он относится к числу важнейших промышленных минералов. Мировая добыча в 1990г. составила 97,7 млн. т. Главные страны-производители – США (15,2%), Канада (8,4%), Иран (8,2%), Китай (8,2%), Япония (6,5%), Мексика (6,1%), Таиланд (5,9%), Франция (5,8%) и Испания (5,1%); остальные 30,6% (30 млн. т.) распределены между другими 20 странами, включая республики бывшего Советского Союза и Великобританию(4,1%). В США около 28% гипса используется некальцинированным, в основном для портландцемента и в сельском хозяйстве. Почти весь кальцинированный гипс(95%) используется для производства полуфабрикатов, главным образом стеновых панелей, а остальное – для промышленных и строительных штукатурок. Поглощая воду, полугидрат незначительно расширяется(0,2-0,3%), именно поэтому его используют для лепнины и штукатурки.

 

§4. Глины.

Глина (англ. Clay) - тонкозернистая осадочная горная порода, кусковатая или пылевидная в сухом состоянии  и приобретающая пластичность либо раскисающая при увлажнении.

Глина состоит из одного или нескольких глинистых минералов - иллита, каолинита, монтмориллонита, хлорита, галлуазита, или других слоистых алюмосиликатов, но может содержать  также песчаные и карбонатные  частицы в качестве примесей. Глинозём (Al2O3) и кремнезём (SiO2) составляют основу состава глинообразующих минералов.

В целом по происхождению  и составу все глины подразделяются на:

• Глины осадочные, образовавщиеся в результате переноса в другое место и отложения там глинистых и других продуктов коры выветривания. По происхождению осадочные глины делятся на морские глины, отложившиеся на дне моря, и континентальные глины, образовавшиеся на материке.
• Среди морских глин различают:
• Прибрежно-морские - образуются в береговых зонах (зонах взмучивания) морей, незамкнутых заливах, дельтах рек. Характеризуются часто неотсортированностью материала.
• Лагунные - образуются в морских лагунах, полузамкнутых с повышенной концентрацией солей или опресненных.
• Шельфовые - образуются на глубине до 200 м. при отсутствии течений. Характеризуются однродным гранулометрическим составом, большой мощностью (до 100 м. и более). Распространены на большой площади.
• Среди континентальных глин выделяют:
• Делювиальные - характеризуются смешанным гранулометрическим составом, резкой его изменчивостью и неправильной слоистостью (иногда отсутствует).
• Озёрные. В таких глинах присутствуют все глинистые минералы, но каолинит и гидрослюды, а также минералы водных окислов Fе и Аl преобладают в глинах пресных озёр, а минералы монтмориллонитовой группы и карбонаты - в глинах соляных озёр. К озёрным глинам принадлежит лучшие разновидности огнеупорных глин.
• Пролювиальные, образованные временными потоками. Характеризуются очень плохой сортировкой.
• Речные - развиты в речных террасах, особенно в пойме. Обычно плохо отсортированы. Быстро переходят в пески и галечники, чаще всего неслоистые.
• Глины остаточные - глины, возникающие в результате выветривания различных горных пород на суше, и в море в результате изменения лав, их пеплов и туфов.

 

 

 

Каолинит

Каолинит - глинистый минерал из группы водных силикатов алюминия. Химический состав: Al₄ [Si₄O₁₀] (OH)₈; содержит 39,5% Al₂O₃, 46,5% SiO₂ и 14% H₂O.

Каолинит - основной компонент  многих глин. Образуется преимущественно  экзогенным путём при выветривании различных алюмосиликатов в кислой среде, при гидротермальном изменении  полевошпатовых пород (Каолинизация). Составляет основу каолина, входит в  состав глин, мергелей и глинистых  сланцев. Слоистая структура каолинита  придает породам на его основе (глинам и каолинам) свойство пластичности. На земной поверхности каолинит устойчив, но в тропических и субтропических странах может целиком разлагаться выветриванием с образованием гидратов глинозёма и кремнезёма.

Физические  свойства.

Цвет минерала: белый переходящий в кремовый и бледно-желтый, также часто запятнанный различными оттенками коричневых тонов.

Прозрачность : полупрозрачный, непрозрачный.

Блеск: восковой, перламутровый, тусклый, матовый.

•Оксид алюминия•

3.1

Структура. Соединение Al₂O₃ существует в виде минерала корунда и в виде наждака – гранулированной формы корунда, загрязненной оксидами железа и кремния. -Корунд имеет ромбоэдрическую кристаллическую структуру, образованную гексагональной плотнейшей упаковкой оксид-ионов, в которой атомы алюминия занимают две трети октаэдрических пустот. Вторая модификация оксида алюминия – - Al₂O₃. Он имеет дефектную структуру типа шпинели, включающую гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку из 32 оксид-ионов. Первая форма оксида более устойчива и компактна.

Физические  свойства. Бесцветные нерастворимые в воде кристаллы. T_пл 2044 °C. Является полупроводником n-типа, но несмотря на это используется в качестве диэлектриков в алюминиевых электролитических конденсаторах.

Химические  свойства. В прокаленном виде химически пассивен; не реагирует с водой, разбавленными кислотами и щелочами. Проявляет амфотерные свойства; реагирует с концентрированными кислотами, щелочами в концентрированном растворе и при спекании.

                                      Al₂O₃ + 6HCl_(к,гор) 2AlCl₃ +3H₂O

                                      Al₂O₃ + 2NaOH_(к,гор) +3H₂O 2Na[Al(OH)₄]

                                      Al₂O₃ + 2NaOH 2NaAlO₂ + H₂O (900-1100^oC)

Дополнительно:

                                      Al₂O₃ + Na₂CO₃ 2NaAlO₂ + CO₂          (1000-1200^oC)

                                      Al₂O₃ + 3K₂S₂O₇ Al₂(SO₄)₃ +3K₂SO₄    (400-470^oC)

                                      Al₂O₃ + 3N₂O₅ 2Al(NO₃)₃                      (35-40^oC)

                                      Al₂O₃ + MgO (MgAl₂)O₄                       (1600^oC)

                                      Al₂O₃ +9C_кокс Al₄C₃ + 6CO                    (1800^oC)

                                      Al₂O₃ +3 C_кокс + 3Cl₂ 2AlCl₃ + 3CO      (800-900^oC)

                                      Al₂O₃ +3 C_кокс + N₂ 2AlN + 3CO           (1600-1800^oC)

                                      2Al₂O_{3 4}Al_катод + 3О_2анод [900^oC]

3.2

Получение. Получают из бокситов, нефелинов, каолина, алунитов алюминатным или хлоридным методом.

                                      4Al_{порошок} +3O₂ 2Al₂O₃ (сгорание на воздухе)

                                      2Al(OH)₃ Al₂O₃ + 3H₂O (выше 575^оС)

                                      2AlO(OH) Al₂O₃ + H₂O (360-575^oC) 

 

3.3

Применение. Благодаря высокой твердости, высокой температуре плавления, нелетучести, химической инертности и хорошим эктроизоляционным свойствам он находит разнообразное применение в абразивах (включая зубную пасту), тугоплавких материалах и керамике, однако в основном его используют в электролитическом производстве металлического алюминия.

•Диоксид кремния•

3.4

Структура. Диоксид кремния имеет огромное разнообразие модификаций (-кварц, -кварц, халцедон, хризопраз, оникс, кремень, тридимит, кристобалит, коэсит, стишовит и др.). Основные кристаллические модификации SiO₂ содержат бесконечные мотивы из соединенных вершинами тетраэдров {SiO₄}. В -кварце, который термодинамически наиболее устойчив при комнатной температуре, тетраэдры образуют взаимосвязанные спиральные цепи. Спирали могут быть правые или левые, поэтому каждый отдельный кристалл не совмещается со своим зеркальным отображением, а правые и левые кристаллы можно легко отделить друг от друга. Этот энантиоморфизм объясняет ярко выраженную оптическую активность -кварца.

Физические  свойства. Бесцветные кристаллы. Т_пл 1713—1728 °C, обладают высокой твёрдостью и прочностью. Диэлектрик.

Химические  свойства. В кристаллической форме – малореакционноспособный, в аморфной форме – более активный. Диоксид кремния устойчив к действию всех кислот, кроме HF, но растворяется медленно в горячей концентрированной щелочи или быстрее в расплаве MOH или M₂CO₃ с образованием M₂SiO₃. Из галогенов только F₂ легко взаимодействует с SiO₂, образуя SiF₄ и O₂.Выше 1000^оС Н₂ и углерод также реагируют с SiO₂.

                                    SiO₂ + 6HF_(k) H₂[SiF₆] + 2H₂O                (до 35^оС)

                                    SiO₂ + 4HF_(g) SiF₄ + 2H₂O                      (250-400^oC)

                                    SiO₂ + 4NaOH_(k) Na₄SiO₄ + 2H₂O

                                    SiO₂ + 2NaOH Na₂SiO₃ + H₂O               (900-1000^oC)

                                    SiO₂ + M₂CO₃ M₂SiO₃ + CO₂                 (250-400^oC)

                                    SiO₂ + 2F₂ SiF₄ + O₂                               (250-400^oC)

                                    SiO₂ + C_кокс +2Cl₂ SiCl₄ +2CO                (900-1000^oC)

                                      2SiO₂ + 2 Li[AlH₄] 2SiH₄ + Li₂O + Al₂O₃

3.5

Получение. Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры 400—500 °C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO2. А также термическим оксидированием при больших температурах.

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния  может быть получен действием  кислот, даже слабой уксусной, на растворимые  силикаты. Например:

Na₂SiO₃ + 2CH₃COOH 2 CH₃COONa + H₂SiO₃

кремниевая кислота  сразу распадается на воду и SiO2, выпадающий в осадок.

3.6

Применение. Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и др. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках. Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Из кремнезёма и силикатов состоит 87 % массы литосферы.