Трехкомпонентные силико-фосфатные системы

Свойства и химические характеристики негашеной извести, оксида алюминия, пентаоксида фосфора. Роль в технологии силикатов и фосфорных минеральных удобрений многокомпонентных силико-фосфатных систем. Фосфаты алюминия как новый вид керамических материалов.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Контрольная работа

Трехкомпонентные силико-фосфатные системы

Оксид кальция СаО

многокомпонентная силикатная фосфатная система

Оксид кальция СаО - бесцветные кристаллы с кубической решеткой (а = 0,4812 нм, z = 4, пространственная группа Fm3m). Температура плавления 2627 °С, температура кипения 2850 °С; плотность 3,37 г/см3.

Технический продукт называется негашеной известью. Энергично взаимодействует с водой, образуя гидроксил Са(ОН)₂ (технический продукт -гашеная известь, пушонка), метанолом (при 80 °С) и глицерином (при 100°С). При нагревании реагирует с SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ и другими оксидами. С кислотами образует соли. Восстанавливается до металла натрием, калием, магнием, алюминием и др. При высокой температуре с Сl₂ и Вr₂ образует соответственно СаСl₂ и СаВr₂. При нагревании реагирует также с S, Р, С и другими элементами элементами.

Кальция оксид получают обжигом известняка при 900-1000 °С, особо чистый - разложением Ca(NO₃) ₂. Применяют для получения вяжущих материалов, хлорной извести, соды, гидроксила, карбида и других соединений Са. В качестве флюса в металлургии, как катализатор в органическом синтезе.

Гидроксил Са(ОН) ₂ - бесцветные кристаллы с гексагональной решеткой (а = 0,35853 нм, с = 0,4895 нм, z = 1, пространств. Группа P3m1 ); плотность 2,34 г/см3, в природе минерал портландит, плохо растворим в воде (0,1107% по массе). Известны кристаллогидраты с 1 и 0,5 молекулами воды. С СО₂ образует СаСО₃. Соединение Са(ОН) ₂ - сильное основание. С кислотами дает соли, с концентрированными растворами галогенидов щелочных металлов - соединения типа Ca(OH) ₂*NaI*H₂O. При нагревании разлагается на СаО и воду. Реагирует также с Сl₂, превращаясь в хлорную известь, и с СО, образуя формиат Са.

Гидроксил Са применяют как вяжущий материал, для получения бордоской жидкости и различных соединений Са, в сахарной промышленности для обессахаривания патоки, для раскисления почв, умягчения воды, как компонент шихты в производстве стекла и других отраслях промышленности.

Оксид алюминия Al₂O₃

Оксид алюминия Al₂O₃ - белый тугоплавкий порошок, температура плавления 2044 ° С, температура кипения 3530 ° С, плотность 4 г/см3, по твердости близок к алмазу. Известно несколько кристаллических форм оксида алюминия, до 2044 ° С стабильная кристаллическая модификация б- Al₂O₃ - корунд. Его кристаллическая структура представляет собой двухслойную плотную упаковку из ионов кислорода, в октаэдрических пустотах, которой размещены ионы алюминия, решетка ромбоедрическая.

Глинозем, корунд, окрашенный - рубин (красный), сапфир (синий). t ° пл .= 2050 ° С. Данное вещество существует в нескольких кристаллических модификациях (б - Al₂O₃, в- Al₂O₃).

Природный Al₂O₃ (минерал корунд) получаемый искусственно и затем сильно прокаленный, отличается большой твердостью и нерастворимостью в кислотах.

Обычно загрязненный оксидом железа природный корунд вследствие своей чрезвычайной твердости применяется для изготовления шлифовальных кругов, брусков и т.д. В мелко раздробленном виде он под названием наждака служит для очистки металлических поверхностей и изготовления наждачной бумаги. Для тех же целей часто пользуются оксидом алюминия, получаемым сплавлением боксита (техническое название - алунд).

Чистая сесквиоксид алюминия непосредственно используется в производстве зубных цементов.

Изделия из плавленого сесквиоксида алюминия имеют плотность 4,0 г/см3, имеют очень высокую механическую прочность и сохраняют ее до 1800 ° С. Исключительно велика и их химическая стойкость. Вместе с тем они хорошо проводят тепло и переносят температурные колебания. Напылением расплавленного сесквиоксида алюминия может быть создано эффективное защитное покрытие на металлах.

Сплавка равных по массе количеств Al₂O₃ и Si₂ с последующим выдуванием их расплава было получено стекловолокно, характеризующийся высокой термической устойчивостью и большой устойчивостью к химическим воздействиям. Оно не меняет свои свойства до 1250 ° С, плавится только выше 1600 ° С и особенно пригодно для изготовления теплоизоляционных материалов. На основе корунда был сконструирован сверхпрочный искусственный камень - "Микролит". Он состоит из очень мелких (порядка микронов) зерен корунда с небольшой добавкой связующего стекловидного материала.

Прозрачные кристаллы корунда, красиво окрашенные незначительными примесями других веществ, известные как драгоценные камни: красного рубина (окраска от примеси хрома), синего сапфира (следы Ti и Fe) и др.

Пентаоксид фосфора P₂O₅

Пентаоксид фосфора (фосфорный ангидрид, пятиокись фосфора, оксид фосфора(V)) -- P₂O₅, кислотный оксид. Состояние (ст. усл.) - белый порошок, плотность 2.39 г/см?, температура плавления 420°С (Н-форма),569°C (О-форма), температура кипения 359°C (Н-форма).

Пары оксида фосфора(V) имеют состав P₄O₁₀ . Твердый оксид склонен к полиморфизму. Существует в аморфном стекловидном состоянии и кристаллическом. Для кристаллического состояния известны две метастабильные модификации пентаоксида фосфора -- гексагональная Н-форма (а = 0,744 нм, = 87°, пространств, гр. R3С) и орторомбическая О-форма (а = 0,923 нм, b -- 0,718 нм, с = 0,494 нм, пространств, гр. Рпат), а также одна стабильная орторомбическая О-форма (а =1,63 нм, b= 0,814 нм, с =0,526 нм, пространств. гр. Fdd2).

Молекулы P₄O₁₀ (Н-форма) построены из 4 групп PO₄ в виде тетраэдра, вершины которого занимают атомы фосфора, 6 атомов кислорода располагаются вдоль ребер, а 4 -- по оси третьего порядка тетраэдра. Эта модификация легко возгорается (360 °С) и активно взаимодействует с водой. Другие модификации имеют слоистую полимерную структуру из тетраэдров PO₄, объединенные в 10-членные (О-форма) и 6-членные (О'-форма) кольца. Эти модификации имеют более высокую температуру возгонки (~580 °С) и менее химически активны. H-форма переходит в О-форму при 300--360°C.

P₄O₁₀ очень активно взаимодействует с водой (H-форма поглощает воду даже со взрывом), образуя смеси фосфорных кислот, состав которых зависит от количества воды и других условий. Он также способен извлекать воду из других соединений, представляя собой сильное дегидратирующее средство. Оксид фосфора(V) широко применяется в органическом синтезе. Он реагирует с амидами, превращая их в нитрилы. Карбоновые кислоты переводит в соответствующие ангидриды. Также взаимодействует со спиртами, эфирами, фенолами и другими органическими соединениями. При этом происходит разрыв связей P--О--P и образуются фосфорорганические соединения. Реагирует с NH₃ и с галогеноводородами, образуя фосфаты аммония и оксигалогениды фосфора. При сплавлении P₄O₁₀ с основными оксидами образует различные твердые фосфаты, природа которых зависит от

Оксид фосфора(V) получают сжиганием фосфора. Технологический процесс происходит в камере сжигания и включает в себя окисление элементарного P предварительно осушенным воздухом, осаждение P₄O₁₀ и очистку отходящих газов. Очищают полученный пентаоксид возгонкой. Технический продукт имеет вид белой снегообразной массы, состоящей из смеси разных форм P₄O₁₀.

P₄O₁₀ применяют как осушитель газов и жидкостей. Также он является промежуточным продуктом в производстве ортофосфорной кислоты H₃PO₄ термическим способом. Широко используется в органическом синтезе в реакциях дегидратации и конденсации.

Система СаО-Al₂O₃

Преимущественное значение имеет для глиноземистых цементов, а также для технологии абразивов. Некоторые алюминаты кальция входят в состав портланд-цементного клинкера. Известно применение стекол, богатых алюминатом кальция, прозрачных для инфракрасного излучения -- так называемых стекол кобал (Линдрот ).

Систему изучали Ранкин и Райт (рис. 1 ). В последующем был уточнен состав некоторых соединений и открыто новое соединение СаО * 6 Al₂O₃.

Таваши установил, что описанному Ранкиным с сотр. алюминату 3СаО *5Al₂O₃ в действительности соответствует формула СаО * 2Al₂O₃, и эта формула теперь является общепринятой.

В литературе до сих пор идет дискуссия об истинном составе соединения, которому Рэнкин с сотр. приписали формулу 5СаО * *3Al₂O₃. В результате рентгенографических исследований Бюссем и Эйтель предложили формулу 12СаО * 7Al₂O₃. Эту формулу считают правильной Джеваратнам, Л. Дент-Глассер и Ф. Глассер . Лагерквиет, Валлмарк и Вестгрен дают формулу 9СаО * 5Al₂O₃. Процентное содержание окислов в этих трех формулах мало отличается одно от другого, и обычно пользуются формулой 5СаО * 3Al₂O₃.

На рис.2 приведена заимствованная из книги Ли диаграмма, в которой...