Стеклообразующие минералы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Стеклообразующие минералы

К стеклообразующим минералам относится ряд оксидов, галогенидов и халькогенидов.

К стеклообразующим оксидам относится кварцевый песок (SiO₂) . Он относится к группе кислотных оксидов. При нагревании взаимодействует с основными оксидами и щелочами. Растворяется в плавиковой кислоте:

Переохлаждённые расплавы образуют силикатное стекло. Это наиболее распространённый вид стёкол.

Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO₂), соды (Na₂CO₃) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na₂O·CaO·6SiO₂.

Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула -- SiO₂. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения, образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка.

Триоксид бора (B₂O₃) применяется для получения боратного стекла. Боратные стекла, включающие редкие элементы, полученные Мореем (1937), содержат бораты, а также танталаты и вольфраматы циркония, тория и лантана. Они отличаются особо высокой светопреломляющей способностью. Боратные текла с высоким содержанием фторидов (фторидные стекла) наиболее слабо рассеивают свет и имеют низкие показатели преломления.

В состав фосфатных стекол входят, помимо оксида фосфора Р₂О₅, Na₂O, CaO и Аl₂О₃, причем показатели Р₂О₅ составляют от 45 до 50%. Водная суспензия шихты, содержащая данные показатели, нагревается в печи до температуры плавления для получения чистых расплавленных масс, после чего они быстро охлаждаются для получения стекол.

Диоксид теллура используется при варке специальных марок стекла. Специальные стёкла, легированные редкоземельными металлами, применяются в качестве активных тел оптических квантовых генераторов.

Кроме того, некоторые стёкла на основе теллура являются полупроводниками, это свойство находит применение в электронике.

Достоинство таких стёкол -- прозрачность, легкоплавкость и электропроводность. Также они применяются в конструировании специальной химической аппаратуры (реакторов).

Оксид германия (GeO₂) применяется для производства германатных стёкол. Германатные стекла являются ближайшими аналогами силикатных стекол, отличаются повышенной устойчивостью к интенсивным ионизирующим излучениям, способностью поглощать рентгеновские лучи и высокой прозрачностью в ближней ИК области спектра. Данные стекла применяются в лазерной технике (волоконные лазеры, лазерные чипы, лазеры для управления термоядерными реакциями, лазерная локация и дальнометрия, лазеры для медицины и пр.) и они перспективны с точки зрения получения материалов с уникальными оптическими свойствами и поэтому выбраны объектом исследования в данной работе.

Свинцовые стекла изготавливают сплавлением оксида свинца PbO с кремнеземом, соединением натрия или калия (содой или поташем) и малыми добавками других оксидов. Эти свинцово-натриево (или калиево)-силикатные стекла дороже известковых стекол, однако они легче плавятся и проще в изготовлении. Это позволяет использовать высокие концентрации PbO и низкие - щелочного металла без ущерба для легкоплавкости. Такой состав поднимает диэлектрические свойства материала до такого уровня, что делает его одним из лучших изоляторов для использования в радиоприемниках и телевизионных трубках, в качестве изолирующих элементов электроламп и конденсаторов. Высокое содержание PbO дает высокие значения показателя преломления и дисперсии - двух параметров, весьма важных в некоторых оптических приложениях. Те же самые характеристики придают свинцовым стеклам сверкание и блеск, украшающие самые утонченные изделия столовой посуды и произведения искусства. Большинство стекол, называемых хрусталем, являются свинцовыми.

Фторидные стёкла  -- класс неоксидных стекол, полученных из группы стеклообразующих фторидов различных металлов (цирконий, барий, лантан, алюминий, натрий).  Фторидные стёкла используются для получения специальных оптических материалов. Несмотря на то, что стекла на основе фторидов тяжёлых металлов показывают очень малые оптические потери (высокая прозрачность), они в то же самое время не только сложны при изготовлении, но и весьма хрупки, чувствительны к влажности и другим неблагоприятным условиям. Их основное преимущество - малое поглощение излучения в области, связанной с поглощением связей металлов с кислородом (3200-3600 cm^?1), который присутствует почти во всех стёклах на основе оксидов.

Халькогенидные стекла состоят из сульфидов, селенидов и теллуридов элементов главных подгрупп IV и V групп периодической системы, их комбинаций друг с другом и комбинаций с галогенами. Они отличаются высоким показателем преломления (от 2,1 до 3,0) и низкой температурой стеклования (от 380 до 600 К). Вследствие относительно больших атомных масс компонентов и низких силовых постоянных связей между атомами халькогенидные стекла имеют значительно более длинноволновую границу пропускания (достигающую 12…16 мкм) по сравнению с фторидными стеклами (5…9 мкм). Наиболее характерными представителями этого класса стекол являются трисульфид (As₂S₃) и триселенид (As₂Se₃) мышьяка.

2. Важнейшие признаки металлов

Металлы (от греч. metallon-первоначально, шахта, копи), вещества, обладающие в обычных условиях характерными, металлическими, свойствами: высокими электрической проводимостью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэффициентом электрической проводимости, способностью хорошо отражать световые волны (блеск), пластичностью.

Из 109 элементов в периодической системе 86 относят к металлам. Граница между металлами и неметаллами в периодической таблице (в ее длинном варианте) проводится по диагонали от В до At. О некоторых элементах, например Ge, Sb, нет единого мнения, все же правильнее считать Ge неметаллом, так как он обладает полупроводниковыми свойствами, a Sb-металлом, хотя по физическим свойствам сурьма - полуметалл.

Металлы - простые вещества, в которых атомы связаны между собой металлической связью. Металлическая связь, характеризующаяся тем, что кристаллическая решетка образована положительными ионами, тогда как валентные электроны делокализованы по всему пространству решетки. Металлы можно представить в виде остова из положительных ионов, погруженного в "электронный газ", который компенсирует силы взаимного отталкивания положительных ионов. Энергия этих делокализованных электронов - электронов проводимости - отвечает зоне проводимости.

Все металлы делятся на четыре группы: s-металлы (все s-элементы, кроме Н и Не), р-металлы (элементы IIIа, кроме В, а также Sn, Рb, Sb, Bi, Ро), d-M. и f-металлы, которые объединяются под названием "переходных". Металлы первых двух групп иногда называют "простыми". Из этих групп выделяются некоторые более узкие группы: из s-металлы- щелочные металлы и щелочноземельные элементы. из d-M.- платиновые металлы. Группа редкоземельных элементов включает как d-, так и f-металлы (подгруппа Sc и лантаноиды).

Физические свойства. Физические свойства металлы меняются в очень широких пределах. Так, температура плавления изменяется от - 38,87 °С (Hg) до 3380 °С (W), плотность - от 0,531 г/см³ (Li) до 22,5 г/см³ (Os). Удельное электрическое сопротивление р при 25 °С имеет значения от 1,63 (Ag) до 140 (Мn) мкОм^.см. Сопротивление движению электронов (рассеяние электронов) возникает вследствие нарушения кристаллической решетки из-за теплового движения атомов, а также дефектов (вакансий, дислокаций, примесных атомов). Мерой его является длина свободного пробега электрона. При комнатной температуре она равна ~ 10^-6 см у металлов обычной чистоты и ~ 10^-2 см у высокочистых. Температурный коэффициент р (в интервале 0-100°С) меняется в пределах 1,0^.10^-3 (Hg) - 9,0^.10^-3К^-1 (Be). При гелиевых температурах (4,2 К) р практически не зависит от температуры (r_ост). Его измерение используют для характеристики чистоты и совершенства кристаллов металла. Чем больше отношение r₂₇₃/r_4,2, тем чище металлы. В монокристаллах высокой чистоты оно достигает 10⁴-10⁵. Некоторые металлы при низких температурах становятся сверхпроводниками, при этом критическая температура у чистых металлы от сотых долей до 9 К.

Химические свойства. Металлы обладают низкими значениями первого потенциала ионизации и сродства к электрону. Вследствие этого в химических реакциях они выступают как доноры электронов (восстановители), а в соединениях и их растворах образуют положительно заряженные ионы (в большинстве случаев аквакатионы). Электроотрицательности атомов металлы ниже электроотрицательностей атомов неметаллов. Металлы могут входить в состав сложных анионов, например МnО^-₄, или ацидокомплексов, например [Fe(CN)₆]^4-, однако в них атомы металлы всегда являются центрами положительного заряда. Только для некоторых металлов, находящихся на границе с неметаллами, таких, как Sn, Po, Sb и т.п., известны соединения, например гидриды, в которых металлы имеют формально отрицательная степень окисления. Но во всех этих соединениях химическая связь ковалентная.

Способность металлов к окислению меняется в очень широких пределах. Большинство металлы окисляется кислородом воздуха уже при обычной температуре, однако скорость и механизм реакции очень сильно зависят от природы металла. В большинстве случаев при этом образуются оксиды, а у щелочных металлы, кроме Li,-пepоксиды. Устойчивость металлов на воздухе определяется свойствами образующегося оксида, в частности отношением молярных объемов V_окс/V_M.. Если V_окс/V_{металлы} > 1, на металлы образуется защитная пленка, предохраняющая металлы от дальнейшего окисления. Такая пленка характерна, например, для Al, Ti, Сr, которые устойчивы на воздухе, хотя и обладают высокой активностью. Металлы, для которых это отношение меньше 1 (например, щелочные), на воздухе неустойчивы.

стекло кварцевый металл окисление

Список использованной литературы

Зарождение стеклоделия. // Качалов Н. Стекло. -- М.: Издательство АН СССР, 1959.

Шульц М. М., Мазурин О. В. Современное представление о строении стёкол и их свойствах. -- Л.: Наука. 1988

С. П. Вуколов: Металлы и металлоиды // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). -- СПб., 1890--1907.

Размещено на Allbest.ru