Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
ЗСаО.А12Оз + 6Н20^-ЗСаО-А12Оз-6Н20
3 [4CaO-AI2Cv 13Н20] 3 [ЗСаО-А1203-6Н20] + ЗСа (ОН)2 + 18Н20
Гидратация алюмоферритной фазы. При температуре ниже 20°С гидратация алюмоферритной фазы сопровождается образованием гексагонального гидрата 4CaO(AI203, Fe203) • 19Н20, обычно определяемого как 4СаО(А1203, Fe203) • 13Н20. Однако выше 20°С этот кристаллогидрат превращается в кубический ЗСаО(А1203, Fe203) • •6Н20, а выше 50°С образуется только кубический. Присутствующий в реакционной среде гидроксид кальция замедляет переход гексагональной формы кристаллогидрата в кубическую.
Реакции взаимодействия алюмоферритов кальция различного состава с водой могут быть выражены следующим образом: 6CaO-2AI203-Fe203 + 30Н2О ->-4СаО-А1203- ШНгО + + 2CaO-AI203.8H20 + 2Fe (ОН)3 4CaO-AI203-Fe203 + 22Н20 ->-4CaO-AI203.19Н20 + 2Fe (ОН)3 2 [6CaO.Al203-2Fe203] +60Н2О ¦+ 3[4СаО.2/зА120з-1/зРеа0з.19Н2О] +2Fe (0Н)3
Гидратация цементов. При гидратации цементов происходит несколько одновременно и последовательно протекающих физических
177
и химических процессов, подробное изучение которых практически невозможно, если ограничиться исследованием лишь системы цемент— вода. Значительный успех в изучении этой системы был достигнут вследствие рассмотрения процессов, протекающих при взаимодействии отдельных минералов цементов с водой и водными растворами электролитов.
На процесс гидратации цементов влияют их состав и условия гидратации. Клинкерные минералы, составляющие различные виды цементов, обладают неустойчивой кристаллической структурой и малой энергией связи. Однако до настоящего времени недостаточно полно объяснен механизм гидратации цементов. Дискуссионным остается вопрос о преобладании того или иного механизма гидратации—через раствор (жидкофазного) или топохимического.
Реакции гидратации через растворение проходят в такой последовательности: на поверхности зерен образуются гидратированные ионы-»-ионы диффундируют с поверхности в раствор-»- ионы вступают в реакцию друг с другом, образуя молекулы гидратных ново-образований-»-молекулы образуют зародыши кристаллической гид-ратной фазы->пкристаллические зародыши растут, образуя коллоидные частицы, выпадающие в осадок.
Топохимический механизм гидратации предусматривает участие только твердых веществ. При топохимических реакциях поверхность раздела фаз возникает в результате самой реакции и изменяется во времени, что обусловливает нестационарный характер реакции и наличие индукционного периода, за время которого претерпевают превращения наиболее реакционноспособные частицы на поверхности твердого реагента в области дефектов. В последующем образуются зародыши твердой фазы нового соединения и возникает поверхность раздела твердых фаз.
5.7. КРЕМНЕЗЕМ В ВЫСОКОДИСПЕРСНОМ СОСТОЯНИИ
В химии кремнезема принята следующая терминология: растворимый кремнезем (или монокремниевая кислота) 51(ОН)4; поликремниевая кислота (олигомеры), представляющая собой полимер с относительной молекулярной массой (по 5Ю2) до 1000; коллоидный кремнезем, имеющий более высокую молекулярную массу, чем поликремниевая кислота, с диаметром частиц более 5 нм; золь кремнезема — термин, относимый как к поликремниевым кислотам, так и к коллоидному кремнезему. Растворимый кремнезем в отличие от коллоидного кремнезема способен проходить через мембрану диализатора.
В природе растворимый кремнезем получается в основном в результате разрушения минералов в атмосферных условиях, лишь незначительная часть образуется вследствие растворения песков морских побережий. Содержание кремнезема в речных водах находится в пределах от 0,0005 до 0,0035% 5Ю2, а в морской воде —
178
от 0,0002 до 0,0014% ЗЮ2. Добавка катиона алюминия снижает растворимость аморфного кремнезема от 0,0110 до 0,0010%.
Разновидности кремнезема. В зависимости от структуры и растворимости кремнезем подразделяется на следующие классы: безводный кристаллический кремнезем 5Ю2 (см. ч. II, разд. 2.2); гид-ратированный кристаллический кремнезем 5Ю2-хН20; безводный аморфный кремнезем, имеющий микропористое анизотропное строение (волокнистого или пластинчатого строения); безводный и содержащий воду кремнезем, имеющий изотропное строение (золи, гели, тонкодисперсные порошки); аморфное кварцевое стекло.
Природными гидратами кремнезема общего состава ЪЮ2-пН20, имеющими аморфное или скрытокристаллическое строение, являются опалы (гиалит, гидрофан, благородный опал), опаловые горные породы (нейзерит, кремнистый туф, трепел, кизельгур, диатомовая земля, инфузорная земля, опока).
Прямой кристаллизацией из водных растворов кремнезема не представляется возможным получить гидратированный кристаллический кремнезем. Однако кристаллогидраты кремнезема могут быть получены термической обработкой различных силикатных соединений. Например, многократным нагреванием водородной формы цеолита (морденита) в парах воды при 538°С и экстрагированием выделившегося в свободном состоянии алюминия кислотой.
Кроме того, кристаллогидрат кремнезема может быть получен обработкой кристаллического гидросиликата натрия Ма28Ю3-4Н20, осушенного хлороводородом при 25°С. При этом по мере повышения температуры получаются гидраты с содержанием 2,0, 1,5, 1,0 моль Н20 на 1 моль 5Ю2, а полное обезвоживание наступает при 90°С.
