Klasifikacija silikatnih struktura. - Пријаваnasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/746/5....

Peto predavanje

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 1

CILJEVI PREDAVANJA

Aluminijumov oktaedar. Gipsit/brucit. 1:1 gline. 2:1 gline. 2:1:1 gline.

ISHODI PREDAVANJA

Na kraju predavanja studentće biti osposobljen da:

objasni strukturu Sitetraedra i Al oktaedra

predvidi svojstva glina izemljišta u zavisnosti odnjihove strukture

Aluminijumov oktaedar. Gipsit/brucit. 1:1 gline. 2:1 gline. 2:1:1 gline.

Na kraju predavanja studentće biti osposobljen da:

objasni strukturu Sitetraedra i Al oktaedra

predvidi svojstva glina izemljišta u zavisnosti odnjihove strukture

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 2

R+(Al)/R-(O) = 0.41tetraedarski i oktaedarski

strukturni raspored

U alumosilikatnim mineralimaAl je u okataedarskojkoordinaciji.

Strukturnirasopred

Min.odnos

radijusa

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 3

R+(Al)/R-(O) = 0.41tetraedarski i oktaedarski

strukturni raspored

U alumosilikatnim mineralimaAl je u okataedarskojkoordinaciji.

Strukturnirasopred KB Strane

Min.odnos

radijusatrigonalni 3 2 0.155

tetraedarski 4 4 0.255oktaedarski 6 8 0.414

kubični 8 6 0.732heksagonalni 12 ili 14 12 >1.00

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 4

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 5

Gipsit: Al(OH)3 ili Al2(OH)6Slojevi oktaedarski koordinisanog Al. Sa svakim Al koordinisano 6 (OH)jedinica. Al3+ znači da samo 2/3 oktaedarskih mesta može biti popunjenoradi uravnoteženja naelektrisanja. Prazna mesta prouzrokuju da sloj budeneznatno deformisan u odnosu na brucitni sloj.Sloj brucitnog tipa se naziva trioktaedarski, a sloj gipsitnog tipadioktaedarski.

• Slojevi Mg u oktaedarskojkoordinaciji sa (OH).• Praznina duž c usled slabihVan der Waals-ovih veza .• Oktaedri dele ivice.• Svi oktaedri sadrže Mg.

Brucit: Mg3(OH)6

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 6

• Slojevi Mg u oktaedarskojkoordinaciji sa (OH).• Praznina duž c usled slabihVan der Waals-ovih veza .• Oktaedri dele ivice.• Svi oktaedri sadrže Mg.

Feldspati – najrasprostranjeniji (više od 60% Zemljine kore).Najviše ih ima u peščanoj i prašinastoj frakciji, ali se mogu naći i u

glinovitoj frakciji.Anhidratni alumosilikati (povezani SiO4 i AlO4 tetraedri sa šupljinama

ispunjenim Ca2+, Na+, K+ ili Ba2+ radi kompenzacije naelektrisanja).K-feldspati su izvor K u zemljištu.Dve grupe felsdpata:

▪ Alkalni: K, Na – feldspati (KAlSi3O8 do NaAlSi3O8)▪ Plagioklasi: Na, Ca – feldspati (NaAlSI3O8 do CaAl2SI2O8).

Olivini, pirokseni, amfiboli – prateći primarni minerali zemljišta.Ima ih u težim frakcijama zemljišta.Pirokseni i amfiboli su feromagnezijumovi minerali sa lančastom,

odnosno vrpčastom Si-tetraedarskom strukturom (inosilikati).Olivini su zeleni nezosilikati; manje su zastupljeni od piroksena i

amfibola.

Feldspati – najrasprostranjeniji (više od 60% Zemljine kore).Najviše ih ima u peščanoj i prašinastoj frakciji, ali se mogu naći i u

glinovitoj frakciji.Anhidratni alumosilikati (povezani SiO4 i AlO4 tetraedri sa šupljinama

ispunjenim Ca2+, Na+, K+ ili Ba2+ radi kompenzacije naelektrisanja).K-feldspati su izvor K u zemljištu.Dve grupe felsdpata:

▪ Alkalni: K, Na – feldspati (KAlSi3O8 do NaAlSi3O8)▪ Plagioklasi: Na, Ca – feldspati (NaAlSI3O8 do CaAl2SI2O8).

Olivini, pirokseni, amfiboli – prateći primarni minerali zemljišta.Ima ih u težim frakcijama zemljišta.Pirokseni i amfiboli su feromagnezijumovi minerali sa lančastom,

odnosno vrpčastom Si-tetraedarskom strukturom (inosilikati).Olivini su zeleni nezosilikati; manje su zastupljeni od piroksena i

amfibola.

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 7

http://www.uwgb.edu/dutchs/Petrology/FeldsparStruct.HTM

Sekundarni alumosilikati zajedno sa organskom supstancomzemljišta čine aktivnu, koloidnu frakciju zemljišta.

Imaju pretežno negativno naelektrisnje, kao i organska materijatla, pa vezuju katjone i pokazuju katjonski izmenjivačkikapacitet (meq/100g ili cmol(+)/kg).

Sekundarni alumosilikati su građeni slojevito (filosilikati), aelektrostatičkim privlačnim silama mogu vezati katjone naspoljašnjim (nespecifično) i unutrašnjim (specifično)površinama.

Dve osnovne strukturne jedinice se vezuju u slojeve koji sevezuju i grade lamelu, a 40-50 lamela grade paket.

Sekundarni alumosilikati zajedno sa organskom supstancomzemljišta čine aktivnu, koloidnu frakciju zemljišta.

Imaju pretežno negativno naelektrisnje, kao i organska materijatla, pa vezuju katjone i pokazuju katjonski izmenjivačkikapacitet (meq/100g ili cmol(+)/kg).

Sekundarni alumosilikati su građeni slojevito (filosilikati), aelektrostatičkim privlačnim silama mogu vezati katjone naspoljašnjim (nespecifično) i unutrašnjim (specifično)površinama.

Dve osnovne strukturne jedinice se vezuju u slojeve koji sevezuju i grade lamelu, a 40-50 lamela grade paket.

KaolinitiIliti ili hidratisani liskuniVermikulitiSmektiti (montmorionit)

KaolinitiIliti ili hidratisani liskuniVermikulitiSmektiti (montmorionit)

Minerali glina iz grupe filosilikata

- dve vrste slojeva - razlika u sastavu i u koordinaciji1) TETRAEDARSKI (T) SLOJ - Si-tetraedri2) OKTAEDARSKI (O) SLOJ - Al-oktaedri - gipsitni sloj – dioktaedarske gline (2/3)

- Mg-oktaedri - brucitni sloj – trioktaedarske gline (3/3)Tetraedarski sloj Oktaedarski sloj

Si/O = 1/2,5 Al/OH = 1/3

1. Dvoslojne gline (T-O)2. Troslojne gline (T-O-T)3. Gline s mješovitim tipovima slojeva

-T i O slojevi vežu se preko zajedničkog atoma kiseonika i OH-grupe-broj OH grupa smanjuje se za jedan prilikom stvaranja veze

-npr. kaolinitO-sloj: Al + 3OHT-sloj: Si + 2,5 O

prilikom povezivanja T-O slojevagubi se jedna OH-grupa

Dvoslojne gline (T-O)-T i O slojevi vežu se preko zajedničkog atoma kiseonika i OH-grupe-broj OH grupa smanjuje se za jedan prilikom stvaranja veze

-npr. kaolinitO-sloj: Al + 3OHT-sloj: Si + 2,5 O

prilikom povezivanja T-O slojevagubi se jedna OH-grupa

Formula kaolinita: SiO2,5 Al(OH)2 /×2Al2Si2O5(OH)4

Struktura kaolinita

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 13

jaka vodonična veza

Ove gline neće vezivatiznatne količine katjonaštetnih elemenata u kiselojsredini, ali se zato ualkalnoj sredini njihovjonoizmenjivački kapacitetpovećava. Takođe, kaolinitine bubre, ne upijaju vodu,jer se prostor između ravnine širi pri vlaženju.Pošto je svaki sloj izgrađenod jednog sloja Sitetraedarskih jedinica ijednog sloja Al oktaedarskihjedinica, kaolinit se naziva1:1 glina.

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 14

jaka vodonična veza

Ove gline neće vezivatiznatne količine katjonaštetnih elemenata u kiselojsredini, ali se zato ualkalnoj sredini njihovjonoizmenjivački kapacitetpovećava. Takođe, kaolinitine bubre, ne upijaju vodu,jer se prostor između ravnine širi pri vlaženju.Pošto je svaki sloj izgrađenod jednog sloja Sitetraedarskih jedinica ijednog sloja Al oktaedarskihjedinica, kaolinit se naziva1:1 glina.

Sposobnost adsorpcije kaolinita je mala (3-15 meq/100g).Specifična površina iznosi 5-20 m2/g.

-T i O slojevi vežu se preko zajedničkog atoma kiseonika i OH-grupe-broj OH grupa smanjuje se za jedan prilikom stvaranja veze

-npr. pirofilit1 O-sloj: Al + 3OH2 T-sloja: 2 (Si + 2,5 O)

prilikom povezivanja T-O slojeva gubi se OH-grupa

Formula pirofilita: 2(SiO2,5) Al(OH) /×2Al2Si4O10(OH)4

Troslojne gline (T-O-T)

Formula pirofilita: 2(SiO2,5) Al(OH) /×2Al2Si4O10(OH)4

-minerali glina imaju širok raspon hemijskog sastava budući da su u tetraedarskom ioktaedarskom sloju moguće zamene (npr. O: Al3+ ↔ Fe3+, Cr3+, Fe2+, Mg2+, Li+, itd;T: Si4+ ↔ Al3+ ).-rezultat je smanjenje poz. naelektrisanja tj. višak neg. naelektrisanja - adsorpcija katjona naspoljašnjoj površini tetraedarskog sloja

-dvoslojne gline - ograničena zamena katjona u oktaedarskim i tetraedarskim koordinacijama-troslojne gline - širok raspon zamena

Kao što smo zamenili jedan vodonikov jonu jednom sloju oktaedarskih kiseonikovihjona silicijumovim jonima, logično je da jemoguće da se i drugi sloj protona takođezameni.Tako nastaje nova klasa minerala gline 2:1.Za ove minerale karakteristične suizomorfne izmene.Zamene menjaju šaržu osnovnog matriksaovih glina, tako da se između ravniugrađuju K, Ca i Mg joni, kao i molekulivode.

Hemija životne sredine I (T. Anđelković)18

Kao što smo zamenili jedan vodonikov jonu jednom sloju oktaedarskih kiseonikovihjona silicijumovim jonima, logično je da jemoguće da se i drugi sloj protona takođezameni.Tako nastaje nova klasa minerala gline 2:1.Za ove minerale karakteristične suizomorfne izmene.Zamene menjaju šaržu osnovnog matriksaovih glina, tako da se između ravniugrađuju K, Ca i Mg joni, kao i molekulivode.Ove gline pripadaju grupi koncentratora štetnih materija, jer suvrlo efikasni jonoizmenjivači.

2:1 gline - Iliti

• Međulamelarni razmak ispunjen K+

jonima.• Glina koja ne bubri.• Tipična supstitucija:Al3+ menja Si4+ u Si tetraedrima(T: Si4+ ↔ Al3+)• Visoko ukupno negativnonaelektrisanje.• Uobičajena glina u škriljcima.

2:1 gline - Iliti

• Međulamelarni razmak ispunjen K+

jonima.• Glina koja ne bubri.• Tipična supstitucija:Al3+ menja Si4+ u Si tetraedrima(T: Si4+ ↔ Al3+)• Visoko ukupno negativnonaelektrisanje.• Uobičajena glina u škriljcima.

2:1 glina – Vermikulit

• Tanji međulamelarni razmak negokod smektita.• Bubri (ali manje nego smektit).• Veoma visoko ukupno negativnonaelektrisanje.• Tipična supstitucija:T: Si4+ ↔ Al3+

O: Al3+ ↔ Fe3+, Fe2+, Mg2+

2:1 glina – Vermikulit

• Tanji međulamelarni razmak negokod smektita.• Bubri (ali manje nego smektit).• Veoma visoko ukupno negativnonaelektrisanje.• Tipična supstitucija:T: Si4+ ↔ Al3+

O: Al3+ ↔ Fe3+, Fe2+, Mg2+

2:1 gline. Smektiti

• Veliki međulamelarni razmak (prostorizmeđu slojeva) usled nedostatkavodonične veze koja bi ih privlačilameđusobno.• Broj molekula vode i vrsta jona određujedebljinu međulamelarnog razmaka.• Rezultat je sažimanje i bubrenje gline.• Glina koja ima veliki kapacitet bubrenja.• Tipina supstitucija:T: Si4+ ↔ Al3+

O: Al3+ ↔ Mg2+

• Montmorionit je najčešći u zemljištima.

2:1 gline. Smektiti

• Veliki međulamelarni razmak (prostorizmeđu slojeva) usled nedostatkavodonične veze koja bi ih privlačilameđusobno.• Broj molekula vode i vrsta jona određujedebljinu međulamelarnog razmaka.• Rezultat je sažimanje i bubrenje gline.• Glina koja ima veliki kapacitet bubrenja.• Tipina supstitucija:T: Si4+ ↔ Al3+

O: Al3+ ↔ Mg2+

• Montmorionit je najčešći u zemljištima.

Sposobnost adsorpcije smektita je 85-110 meq/100g.Specifična površina iznosi 70-150 m2/g.

Gibsitni sloj imatendenciju jakogvezivanja ravni, pai ova grupaminerala spada ugrupu koja se nemože lako širiti,bubriti.

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 24

Gibsitni sloj imatendenciju jakogvezivanja ravni, pai ova grupaminerala spada ugrupu koja se nemože lako širiti,bubriti.

2:1:1 gline – hlorit

• Međusloj je brucit Mg6(OH)12

• Brucit dozvoljava nastanak jakihvodoničnih veza međuslojevima• Ne širi se.• Moguća supstitucija:Al3+ ,Fe3+ , ili Fe2+ zamenjuju Mg2+ ubrucitu• rezultat može biti ukupnopozitivno naelektrisanje

2:1:1 gline – hlorit

• Međusloj je brucit Mg6(OH)12

• Brucit dozvoljava nastanak jakihvodoničnih veza međuslojevima• Ne širi se.• Moguća supstitucija:Al3+ ,Fe3+ , ili Fe2+ zamenjuju Mg2+ ubrucitu• rezultat može biti ukupnopozitivno naelektrisanje

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 30

Zemljište koje ima povećan sadržaj 2:1 glinaviše će akumulirati teške metale odzemljišta sa povećanim sadržajem 1:1 glina.

Tačno Netačno

Zemljište koje ima povećan sadržaj 2:1 glinaviše će akumulirati teške metale odzemljišta sa povećanim sadržajem 1:1 glina.

Tačno Netačno

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 31

Feldspati se delimično rastvaraju nakon reakcijesa vazduhom i vodom, ostavljajući čvrstiostatak, glinu za sobom.

Tačno Netačno

Feldspati se delimično rastvaraju nakon reakcijesa vazduhom i vodom, ostavljajući čvrstiostatak, glinu za sobom.

Tačno Netačno

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 32

U alkalnoj sredini će se jonoizmenjivačkikapacitet gline kaolinita:

povećati smanjiti

U alkalnoj sredini će se jonoizmenjivačkikapacitet gline kaolinita:

povećati smanjiti

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 33

Sloj brucitnog tipa je trioktaedarski, a slojgipsitnog tipa je dioktaedarski.

Tačno Netačno

Sloj brucitnog tipa je trioktaedarski, a slojgipsitnog tipa je dioktaedarski.

Tačno Netačno

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 34

U zavisnosti od uslova, Al se može koordinisati isa 4 i sa 6 kiseonikovih atoma

Tačno Netačno

U zavisnosti od uslova, Al se može koordinisati isa 4 i sa 6 kiseonikovih atoma

Tačno Netačno

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 35

SiO2 je konačan proizvod kondenzacije idehidratacije ortosilikatne kiseline.

Tačno Netačno

SiO2 je konačan proizvod kondenzacije idehidratacije ortosilikatne kiseline.

Tačno Netačno

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 36