Bài giảng hóa lý kỹ thuật vật liệu xây dựng

HOÁ LÝ KỸ THUẬT CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VẬT LIỆU SILICAT Chương 2 Phản ứng pha rắn và pha lỏng khi nung ở nhiệt độ cao Silicate là các hợp chất trên cơ sở đa diện phối trí của Cation Si4+, trong đó các tứ diện SiO44 là những thành phần cơ bản cấu thành vật liệu Silicat. Trong cấu trúc của tứ diện SiO44, Si4+ ở vị trí trung tâm, bao quanh là 4 Anion O2. Các tứ diện SiO44 có thể liên kết với nhau hoặc liên kết với các Cation khác tạo thành các vật liệu Silicat khác nhau với mạng lưới cấu trúc trung hoà điện. Trong các vật liệu Silicat khác

Trang 1

HOÁ LÝ KỸ THUẬT

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VẬT LIỆU

SILICAT

TS TRẦN VĂN MIỀN ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

Trang 2

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Hoá lý Silicat, Hoá lý Silicat, Bùi Văn Chén Bùi Văn Chén

 Hoá lý Silicat, Hoá lý Silicat, Đỗ Quang Minh Đỗ Quang Minh

 Giáo trình Hoá Lý, Giáo trình Hoá Lý, GS.TS.Nguyễn Quang Lượng GS.TS.Nguyễn Quang Lượng

Trang 3

Tuần Nội dung Tài liệu Ghi chú

Trang 4

 Thành phần vỏ trái đất gồm có: 86,5% trọng lượng là SiO 2 , trong đó gồm có: tràng thạch 55% trọng lượng, mêta và octosilicat 15% trọng lượng, quazit, opan, khanxêdon 12% trọng lượng Theo nghiên cứu của Vinogarat trong vỏ trái đất luôn luôn chứa 27,6% SiO 2 , 8,8% nhôm Do đó theo chiều sâu vào tâm quả đất có thể có những vùng, những chỗ tạo nên màng dầy Pha-a-lit (Me 2 SiO 4 ), phoocterit (2MgO.SiO 2 ), enstatit (MgO.SiO 2 ), Olimin (MgO.SeO.SiO 2 )… đến nay người ta giả thuyết là: lớp trung gian giữa màng dày ở trên lớp vỏ quả đất tạo nên màng sunfat hoặc kim loại sắt, niken với silicat hay olimin Trước đây người ta coi tâm trái đất tạo nên chủ yếu là những kim loại, nhưng hiện nay có cơ sở kết luận là tâm trái đất tạo nên chủ yếu là hợp chất silicat và vẫn tồn tại dưới áp suất khá lớn.

1 Silicat trong trạng thái rắn

Trang 5

Biotite

Feldspar

Trang 6

2 Cấu trúc của khoáng Silicat

 Silicate là các hợp chất trên cơ sở đa diện phối trí của Cation

Si 4+ , trong đó các tứ diện [SiO 4 ] 4- là những thành phần cơ bản cấu thành vật liệu Silicat Trong cấu trúc của tứ diện [SiO 4 ] 4- ,

Si 4+ ở vị trí trung tâm, bao quanh là 4 Anion O 2- Các tứ diện [SiO 4 ] 4- có thể liên kết với nhau hoặc liên kết với các Cation khác tạo thành các vật liệu Silicat khác nhau với mạng lưới cấu trúc trung hoà điện.

 Trong các vật liệu Silicat khác nhau, liên kết Si – O sẽ có

những thay đổi khác nhau.

Trang 7

Silica Tetrahedra – Tứ diện [SiO4]

cấu thành các vật liệu

Silicat

Trang 8

Silicat

Trang 9

Silicat

Trang 10

Silicat

Trang 11

Silicat

Trang 12

Silicat

Trang 13

Silicat

Trang 14

Silicat

Trang 15

Cấu trúc khoáng Silicat được phân loại dựa vào liên kết Si - O

Thành phần chính: [SiO 4 ]

Trang 16

4-[SiO 4 ] 4- tứ diện độc lập tứ diện độc lập Nesosilicates

Ví dụ: olivine, garnet

[Si 2 O 7 ] 6- Tứ diện đôi Tứ diện đôi Sorosilicates

Ví dụ: lawsonite

n[SiO 3 ] 2- n = 3, 4, 6 Tứ diện vòng n = 3, 4, 6 Tứ diện vòng Cyclosilicates

Ví dụ: benitoite BaTi[Si 3 O 9 ]

axinite Ca 3 Al 2 BO 3 [Si 4 O 12 ]OH

beryl Be 3 Al 2 [Si 6 O 18 ]

Cấu trúc khoáng

Trang 17

[SiO 3 ] 2- Chuỗi đơn Chuỗi đơn Liên kết chuỗi [Si 4 O 11 ] 4- Chuỗi kép

Trang 18

[Si 2 O 5 ] 2- Tấm – lớp tứ diện Phyllosilicates – Cấu trúc tấm

mica talc đất sét

Trang 19

[SiO 2 ] khung không gian 3-D ] khung không gian 3-D Tectosilicates – Cấu trúc khung

quartz , feldspars feldspathoids zeolites

low-quartz

Trang 20

Nesosilicates: tứ diện SiO4 độc lập

Trang 21

Olivine: màu xanh = M1 (tứ diện); màu vàng = Cation khác (Ca 2+ , Fe 2+ )

b

c

Trang 22

c

Olivine: màu xanh = M1 (tứ diện); màu vàng = Cation khác (Ca 2+ , Fe 2+ )

Trang 23

a

Trang 24

c

Tứ diện SiO4 và cation tạo thành liên kết các tứ diện

Trang 25

Khoáng Silicat điển hình có cấu trúc tứ diện độc lập [SiO4]4-:

 Olivine

 Monticellite CaMgSiO4

Ca đóng vai trò là Cation liên kết với tứ diện [SiO4]

Trang 26

4-Garnet: Xanh = Si ; Tím = A ; Lam = B

Trang 27

Inosilicates: Cấu trúc chuỗi đơn -

Inosilicates: Cấu trúc chuỗi đơn - pyroxenes pyroxenes

Diopside: Xanh = Si ; Tím = M1 (Mg) ; Vàng = M2 (Ca)

Diopside: CaMg [Si 2 O 6 ]

Trang 28

Trang 33

Trang 34

SiO 4 giống như những kim tự tháp

(có diện tích lớn hơn)

Trang 35

M1 octahedron

Inosilicates: Cấu trúc chuỗi đơn

-Inosilicates: Cấu trúc chuỗi đơn - pyroxenes

Trang 36

M1 octahedron

Trang 37

M1 octahedron

(+) viết theo quy ước thông thường

(+)

Trang 38

M1 octahedron

Đây là kiểu viết theo dạng (-)

(-)

Trang 39

T M1 T Tạo thành kiểu cấu trúc giống như ‘dầm I’.

Trang 40

T M1 T Tạo thành kiểu cấu trúc giống như ‘dầm I’.

Trang 41

Pyroxene có cấu trúc tạo thành từ các ‘dầm I’ khác nhau

Clinopyroxenes có tất cả các ‘dầm I’ cùng hướng: tất cả đều (+) trong hướng này

(+)

(+) (+)

Trang 42

(+) (+)

(+)

tạo thành từ các ‘dầm I’ khác nhau

Clinopyroxenes có tất cả các ‘dầm I’ cùng hướng: tất cả đều (+) trong hướng này

Trang 43

Các tứ diện và M1 octahedra cùng chia sẻ nguyên tử Oxy nằm ở góc của tứ diện

Trang 44

Trang 45

a

(+) M1 (-) M1

(-) M2 (+) M2

Trang 46

Hoá học Pyroxene

Công thức tổng quát của pyroxene:

Trang 47

“Ideal” pyroxene chains with

5.2 A repeat (2 tetrahedra)

become distorted as other

cations occupy VI sites

Wollastonite (Ca  M1)

 3-tet repeat

Rhodonite MnSiO3

 5-tet repeat

Pyroxmangite (Mn, Fe)SiO3

Trang 48

Cấu trúc khoáng Inosilicates:

Cấu trúc khoáng Inosilicates: Chuỗi đôi - amphiboles

Liên kết trong Tremolite

Xanh = Si Tím = M1 Hồng = M2 Xám = M3 (Mg)

Trang 49

Liên kết trong Hornblende

Liên kết trong Hornblende Xanh đậm = Si, Al Tím = M1 Hồng = M2 Xanh nhạt = M3 (Mg, Fe)

Bi vàng = M4 (Ca) Bi tím = A (Na)

Bi xám xanh nhỏ = H

Cấu trúc khoáng Inosilicates

Cấu trúc khoáng Inosilicates: : Chuỗi đôi - amphiboles

Trang 50

Liên kết trong Hornblende

Liên kết trong Hornblende (trong 3D)

Xanh đậm = Si, Al Tím = M1 Hồng = M2

Trang 51

Cấu trúc khoáng Inosilicates

Trang 52

Công thức tổng quát của Amphibole:

Trang 53

Các tứ diện SiO 4 tetrahedra liên kết tổng hợp lại với nhau tạo thành những tấm – lớp theo 2 phương: [Si 2 O 5 ]

Các nguyên tử O nằm ở góc của tứ diện liên kết với các kim loại khác tạo thành các khoáng khác nhau

Cấu trúc khoáng dạng tấm - Phyllosilicates

Trang 54

Cấu trúc khoáng dạng tấm - Phyllosilicates

Trang 55

Brucite: Mg(OH) 2

c

Trang 56

Gibbsite: Al(OH) 3

a 1

a 2

Trang 57

Kaolinite: Al 2 [Si 2 O 5 ] (OH) 4

Vàng = (OH)

Trang 58

Serpentine: Mg 3 [Si 2 O 5 ] (OH) 4

Vàng = (OH)

Trang 59

Pyrophyllite: Al 2 [Si 4 O 10 ] (OH) 2

Vàng = (OH)

Trang 60

Talc: Mg 3 [Si 4 O 10 ] (OH) 2

Vàng = (OH)

Trang 61

Muscovite: K Al 2 [Si 3 AlO 10 ] (OH) 2

Trang 62

Phlogopite: K Mg 3 [Si 3 AlO 10 ] (OH) 2

Trang 63

Tóm tắt các cấu trúc dạng tấm

Phyllosilicate

Phyllosilicates

Trang 64

Cấu trúc khung 3D - Tectosilicates

Trang 68

Quartz-thấp Stishovite

Si IV Si VI

Trang 69

Si 4+ cho nên có

thể liên kết với

Na + or K +

Trang 70

Cấu trúc Silicate Vô định hình

Gel silicate – SiO 2 vô định hình có liên kết phối trí Si 4+ và O 2-

sắp xếp không có trật tự.

Hóa trị được cân bằng bởi nhóm H + (tạo thành OH - tại cạnh của tứ diện độc lập)

Tiêu đề	Khái niệm vật liệu silicat
Tác giả	Bùi Văn Chén, Đỗ Quang Minh, Nguyễn Quang Lượng
Trường học	Đại học Bách khoa TP.HCM
Chuyên ngành	Hóa lý kỹ thuật vật liệu xây dựng
Thể loại	Bài giảng
Thành phố	TP.HCM

Định dạng
Số trang	70
Dung lượng	5,48 MB
File đính kèm	Chuong 1-2.rar (4 MB)