Glinokrzemiany

1. Glinokrzemiany

2. Co to są glinokrzemiany • Glinokrzemiany to krzemiany, w których część atomów krzemu zastąpiono atomami glinu. Są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie jako minerały skałotwórcze, stanowiące jeden z głównych składników skorupy ziemskiej, np. skalenie (m.in. ortoklaz, plagioklazy), łyszczyki (np. biotyt), skaleniowce (np. leucyt).

3. Budowa • Głównym motywem strukturalnym krzemianów są czworościany zbudowane z krzemu znajdującego się w środku i otoczonego czterema atomami tlenu umieszczonymi na wierzchołkach. • We wszystkich krzemianach są stałe grupy krzemotlenowe (SiO4) utworzone przez małe jony krzemu i duże jony tlenu. Grupa ta ma silne wiązania co daje jej dużą stabilność. Owe grupy stanowią zasadniczy składnik budowy krzemianów. • Drugą cechą charakterystyczną krzemianów jest możliwość zastępowania w ich sieciach krystalicznych jonów krzemu przez jony glinu. Takie krzemiany noszą nazwę glinokrzemianów. Glin dzięki swemu promieniowi jonowemu, może zastępować izomorficznie krzem w środku sześcianu, a zarazem zachowując się jak kation, łączyć wiązaniami jonowymi tak jak inne metale.

4. Zastosowanie • Glinokrzemiany są stosowane do produkcji wyrobów ceramicznych, jak np. porcelana, klinkier i kamionka oraz cegły, fajans. Najcenniejszym wyrobem ceramicznym jest porcelana, która powstaje z obróbki mieszaniny kaolinu (Al2O3*2SiO2*2H2O), skalenia i kwarcu. Wymienione składniki miesza się w odpowiednim stosunku a otrzymaną masę formuje się i wypala dwukrotnie w temperaturze 1400oC. Przed drugim wypalaniem porcelanę zdobi się ręcznie i pokrywa glazurą.

5. Występowanie • Glinokrzemiany, są powszechnie występującymi minerałami krzemu. W przyrodzie występują w trzech klasach, tj. jako minerały szkieletowe (skalenie), minerały warstwowe (miki) oraz minerały włókniste (azbesty). Należą one do najbardziej zróżnicowanych, rozpowszechnionych i użytecznych praktycznie naturalnych minerałów krzemianowych. Do najważniejszych glinokrzemianów szkieletowych należą zeolity.

6. Zeolity (minerały szkieletowe) • Ich zasadniczą cechą jest luźna budowa sieci [(Al, Si)O2]n, wynikiem czego szkielet takiego minerału jest otwarty i ma tak duże kanały oraz wnęki, że jony mogą przez nie dostawać się do środka i wydostawać na zewnątrz. Podstawową jednostką trójwymiarowej krystalicznej struktury zeolitu są tetraedry (Si, Al)O4. • Zeolity znalazły olbrzymie zastosowanie w różnych dziedzinach, takich jak: przemysł chemiczny, mikroelektronika, optyka, medycyna, ochrona środowiska i rolnictwo. Zeolity szeroko stosuje się jako nośniki katalizatorów w przemyśle petrochemicznym, przy prowadzeniu m.in. procesów krakingu, alkilacji, uwodorowieniu w przeróbce ropy naftowej i gazu ziemnego. • W przemyśle farmaceutycznym i drogeryjnym zeolit o nazwie klinoptylolit jest dogodnym środkiem polerującym we fluorkowych pastach do zębów oraz lekiem stabilizującym pracę układu trawiennego. Szczególnym przypadkiem zastosowania zeolitów jest osuszanie i oczyszczanie powietrza i tlenu w kabinach pojazdów kosmicznych i w maskach, w których oddychają kosmonauci.Szczególnie istotną rolę zeolity odgrywają w ochronie środowiska. Okazały się one być skuteczne w pochłanianiu tetraetylku ołowiu, trującego związku, składnika gazów spalinowych, klinoptylolit i mordenit zastosowano do usuwania SO2 ze strumieni gazów i dymów z kominów fabrycznych poprzez zeolitowe adsorbery-katalizatory.

7. Tetradery • Centrum tetraedrów zajmują atomy krzemu lub glinu, naroża zaś zajmują cztery atomy tlenu. Każdy atom tlenu jest wspólny dla dwóch różnych tetraedrów, dlatego też zbiór wszystkich czworościanów krzemowo-tlenowych i glinowo-tlenowych łączy się ze sobą w powtarzające się nieskończenie w trzech kierunkach sekwencje, tworząc ciągłą sieć przestrzenną o strukturze szkieletowej. Takie powiązanie w pierścieniowe zespoły ułożone w strukturze kryształu zeolitu powoduje powstanie wyjątkowo dużej ilości wolnych przestrzeni, mających postać różnorodnych kanałów i komór. Komory przyjmują zwykle kształt wielościanów (rysunek ), wewnątrz których istniejš obszerne wolne przestrzenie (pory). a) przykład komory b) schemat struktury Charakteryzują się zmiennym stosunkiem krzemu do glinu i tworzą różne konfiguracje wielościenne. Tetraedry AlO4 nie mogą się łączyć ze sobą wspólnym atomem tlenu. Przy stosunku Si:Al=1 tetraedry AlO4 i SiO4 występują na przemian.

8. Glinokrzemiany warstwowe • Przedstawicielem glinokrzemianu warstwowego jest talk i mica. Talk z uwagi na swoją miękkość i śliskość ma zastosowanie w farmacji, kosmetyce (pudry i zasypki), do produkcji materiałów izolacyjnych, farb podkładowych i szpachlówek, w przemyśle gumowym (do wytwarzania kabli elektrycznych, gumy kwasoodpornej oraz do pudrowania półproduktów w celu zapobieżenia sklejaniu się ich powierzchni). Blaszki miki natomiast znajdują zastosowanie jako okienka w piecach, jak również do izolacji w maszynach i przyrządach elektrycznych.

9. Glinokrzemiany włókniste • Glinokrzemianem włóknistym są tzw. azbesty. W odróżnieniu od wcześniej opisanych glinokrzemianów, ta grupa minerałów zawiera długie jony krzemianowe skondensowane w łańcuch. Taka budowa umożliwia wykonanie z tych minerałów włókien a w dalszej kolejności nici azbestowych, tkanin i tektury. W ostatnich latach potwierdzono silne rakotwórcze działanie azbestu i dlatego jest on eliminowany z produkcji użytkowych. Do materiałów krzemianowych o ważnych zastosowaniach jeszcze należą: szkło, porcelana, glazury i emalie oraz cement.