Glinokrzemiany

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).

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.

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.

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.

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.

Tetradery a) przykład komory b) schemat struktury 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.

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.

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.