Алюмосиликат

АЛЮМОСИЛИКАТЫ

Алюмосиликат

АЛЮМОСИЛИКАТЫ – природные и синтетические силикаты, содержащие в составе сложных анионов атомы алюминия и кремния.

Русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев первым высказал идею, что алюмосиликаты представляют собой «неопределенные соединения», такие, например, как сплавы, но не простых тел, а близких по своим свойствам оксидов SiO2 и Al2O3.

Сам термин «алюмосиликаты» был введен в минералогию Владимиром Ивановичем Вернадским, впервые правильно оценившим роль алюминия в построении минералов. В 1890-е он приступил к созданию своей теории строения алюмосиликатов. Как и Д.И.

Менделеев, он говорил о близости химических функций оксидов кремния и алюминия. Отвергал мысль о том, что алюмосиликаты есть соли кремниевых кислот. По его мнению, алюмосиликаты являются производными сложных алюмосиликатных радикалов, «каолиновых ядер».

Гипотеза о «каолиновом ядре» как о замкнутой группировке атомов кремния, алюминия и кислорода оказалась актуальной при расшифровке структуры полевых шпатов.

К началу 20 в. был накоплен обширный экспериментальный материал по составу и свойствам алюмосиликатов, однако их строение все еще оставалась загадкой.

Решающее влияние на изучение структуры алюмосиликатов оказало открытие в 1912 немецкими физиками Максом фон Лауэ, Пaулем Книппингом (Knipping Paul) (1883–1935) и Вальтером Фридрихом (Friedrich Walter) (1883–1968) явления дифракции рентгеновских лучей на кристаллах и создание Уильямом Генри (Bragg William Henry) (1862–1942) и Уильямом Лоуренсом (Bragg William Lawrence) (1890–1971) Брэггами на этой основе принципиально нового метода исследования вещества – рентгеноструктурного анализа.

С 1925 по 1931 проводились интенсивные рентгеноструктурные исследования силикатов и алюмосиликатов и было установлено, что основным «строительным кирпичиком» этих соединений является атом кремния или алюминия, окруженный четырьмя атомами кислорода, – кремне(алюмо)кислородный тетраэдр SiO4(AlO4). Многообразие же алюмосиликатов объясняется разными способами соединения этих тетраэдров, которые обычно сочленяются вершинами с образованием связей Si-O-Si и Si-O-Al (рис. 1).

Алюмосиликаты распространены в природе, они составляют до 50% массы земной коры. К природным алюмосиликатам относятся, в первую очередь, полевые шпаты, имеющие каркасную структуру (например ортоклаз NaAlS3O8, альбит NaAlSi3O8, анортит CaAl2Si2O8).

У каркасных алюмосиликатов – непрерывный трехмерный каркас из тетраэдров, объединенных общими вершинами. Случаи связывания гранью или ребром неизвестны.

Все атомы кислорода у тетраэдров кремния и алюминия являются общими.

Так как в целом соединение должно быть электронейтральным, то полости между полиэдрами дополнительно заполняются катионами, которые нейтрализуют отрицательный заряд каркаса, возникающий при замене кремния на алюминий.

Каркасные алюмосиликаты являются основой многих поделочных камней.

Такими алюмосиликатами являются и некоторые драгоценные камни, например берилл (Be3Al2)Si6O18 и его окрашенные разновидности: аквамарин (голубой, примесь оксида железа) и изумруд (зеленый, примесь оксида хрома).

Полевые шпаты в составе различных горных пород, например, гранита, применяются в строительстве. Синтетические алюмосиликаты, полученные нагреванием оксидов алюминия и кремния с оксидами металлов, образуют основную кристаллическую фазу керамических материалов.

В 18 в. были открыты цеолиты – каркасные алюмосиликаты, состав которых можно описать общей формулой MIxMIIy(Alx+2ySizO2x+4y+2z)·nH2O. Свое название они получили от греческих слов zeo – киплю и lithos – камень, т.к. образуют пузырчатое стекло при сильном и быстром нагревании. Известно более 40 минеральных видов природных цеолитов.

Всего в мире известно около 1000 крупных месторождений цеолитов более чем в 40 странах, из них в России – около 20 (в Кузбассе, Якутии, Бурятии, Приморье, на Камчатке и о.Сахалин). С 1950-х в промышленных масштабах производятся искусственные цеолиты.

В лабораториях синтезировано более 100 структурных видов, большинство которых не имеют природных аналогов.

Цеолиты – это нестехиометрические соединения, их составы изменяются в широких пределах, образуя ряды твердых растворов. Кристаллические структуры цеолитов состоят из тетраэдров [SiO4]4– и [АlO4]5–, соединенных вершинами в ажурные каркасы, в полостях и каналах которых находятся катионы металлов и молекулы Н2О. Они характеризуются рыхлой структурой с широкими каналами (рис. 2).

Это позволяет им обменивать находящиеся в полостях решетки катионы металлов и молекулы воды. Натуральные и синтетические цеолиты широко применяются в качестве катионообменников, например, при умягчении воды.

Если из цеолитов полностью удалить адсорбированную в их полостях воду, они выступают в роли молекулярных сит: в освободившихся полостях могут селективно адсорбироваться молекулы диоксида углерода, аммиака и других веществ. Поэтому цеолиты применяются как адсорбенты в хроматографии, а также при очистке, осушке и разделении газов.

Цеолиты являются кислотными катализаторами. Подвижные катионы, например, катионы натрия при промывке цеолита растворами кислот обмениваются на катионы водорода с образованием кислот Бренстеда. Если такой цеолит нагреть, вода может покинуть кислотные центры Бренстеда, и останутся атомы алюминия, координированные только с тремя атомами кислорода (рис. 3).

Продукт реагирует как кислота Льюиса. Преимущество цеолитов по сравнению с другими катализаторами в том, что появившиеся каталитические центры многочисленны, равномерно распределены по каркасу и одинаковы по активности.

Многие цеолиты используются как носители катализаторов.

Еще одна группа каркасных алюмосиликатов – это ультрамарины, встречающиеся в природе в виде сине-зеленого минерала лазурита (Na,Ca)8(Al,Si)12O24(S,SO4). Они отличаются от полевых шпатов и цеолитов открытой решеткой и интенсивной окраской.

В отличие от других каркасных силикатов, ультрамарины безводны и содержат различные анионы: полисульфиды, сульфаты, хлориды.

Считают, что синяя окраска ультрамаринов обусловлена наличием анион-радикалов S3–, зеленая – присутствием S3– и S2–, а красная – S4–.

Разложение каркасных алюмосиликатов на поверхности Земли и их превращение в слоистые силикаты (глины и другие отложения) сопровождается огромными по масштабам эффектами связывания энергии. В связи с этим алюминию приписывается роль основного аккумулятора солнечной энергии в земной коре.

Горные породы любого типа: кристаллические, обломочные, глинистые и аморфные на поверхности литосферы разрушаются, поглощая солнечную энергию. Такой процесс часто называют выветриванием, хотя ветер участия в нем не принимает.

Обычно процесс начинается с физического дробления. При разрушении минералов вещество горных пород поглощает солнечную энергию, идущую на увеличение площади свободной поверхности.

Биохимическое разложение выражается в разрушении структуры минералов с образованием новых минералов (большей частью, глинистых), устойчивых в поверхностных условиях литосферы.

В нем в той или иной степени принимают участие организмы как непосредственно, так и опосредствовано – через продукты своей жизнедеятельности (почвообразование (см.

также ПОЧВЫ), свободный кислород, растворенные в водах органические кислоты и др.).

Например, кристаллический алюмосиликат альбит NaAlSi3O8 разрушается до аморфного опала – гидрооксида кремния SiO2·nH2O и глинистого минерала – каолинита состава Al2O3·2SiO2·2H2O.

Переход кристаллических веществ в аморфные и тонкодисперсные сопровождается повышением энергонасыщенности вещества, т.к. расстояние между атомами в нем увеличивается.

Происходит и геохимическая аккумуляция солнечной энергии, так как в полевых шпатах координационное число алюминия 4, а в образовавшихся за счет их глинистых минералах оно повышается до 6.

В слоистых алюмосиликатах кремне- и алюмокислородные тетраэдры соединены в одной плоскости в непрерывный слой. Слои тетраэдров обособлены друг от друга.

Связь между слоями обеспечивается ван-дер-ваальсовыми силами или силами электростатического притяжения с помощью катионов, нейтрализующих отрицательные заряды слоев.

Из-за наличия слоев тетраэдров и слабых связей между ними слоистые алюмосиликаты образуют чешуйчатые, листовые или таблитчатые агрегаты.

К слоистым алюмосиликатам относятся некоторые глинистые минералы, например галлуазит (H2O)4[Al2(Si2O5)(OH)4]. Все такие минералы содержат между слоями решетки молекулы воды.

В некоторых из них, например, вермикулите (Ca,Mg)0,7(Mg,FeIII,Al)6(Al,Si)8O20·8H2O, вода быстро удаляется при нагревании, и минерал расслаивается.

Обезвоженный вермикулит применяют в качестве легкого наполнителя при изготовлении бумаги, пластиков и красок, а также как упаковочный материал.

В увлажненном состоянии глины (состоящие из частиц размером менее 0,001 мм) пластичны. При высыхании они сохраняют приданную им форму, а при обжиге твердеют.

Их используют для очистки различных продуктов (нефти, масел, вод и пр.

), обезжиривания тканей, при производстве железорудных окатышей, керамзита, в литейном деле, медицине, изготовлении мыла, простого и огнеупорного кирпича, фаянса и других изделий.

Минералы группы слюд образуют слоистую решетку с ионами «гостей» между силикатными листами «хозяина» (рис. 4).

Слюды легко расщепляются на очень тонкие, гибкие и в то же время упругие пластинки. Они обладают высокими диэлектрическими свойствами и огнестойкостью. В виде тонких пластин они прозрачны, поэтому было время, когда их использовали в качестве оконного стекла. Сейчас, благодаря высоким диэлектрическим свойствам, слюды применяются в электропромышленности, радиотехнике и приборостроении.

Елена Савинкина

Источник: https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/ALYUMOSILIKATI.html

Алюмосиликаты

Алюмосиликат
Рис. Структура цеолитов: а — натролита, б — шабазита, в — гейландита

Цеолиты получили название благодаря способности вспучиваться перед пояльной трубкой (от Греческого . слово зео — вскипаю и литос — камень) .

Эти минералы содержат так называемую цеолитную воду , которую минерал может легко отдавать , не изменяя своей структуры , в отличие от кристаллизационной воды , выделение которой при нагревании нарушает структуру минерала . Наличие цеолитной воды обусловлено особенностями структуры цеолитов.

Основу ее слагают кольца из тетраэдров, крупные пустоты между торыми соединены довольно широкими каналами.

Цеолитная вода нахо-ится в пустотах: при нагревании цеолиты постепенно теряют ее через каналы, сохраняя объем и соответственно изменяя лишь плотность и оптические константы (показатель преломления, угол оптических осей). Обезвоженный цеолит в соответствующих условиях вновь поглощает потерянную воду и восстанавливает прежние физические свойства.

Характерной особенностью цеолитов является их способность к катион-ному обмену путем диффузии. Так, Са и Na могут обмениваться с катионами К, Mg, Fe2+, находящимися в водных растворах, или даже с анионами (например, Na натролита может замещаться SO4).

Способность катионного обмена в цеолитах также определяется особенностями структуры. После выделения воды каналы остаются открытыми и создают благоприятные условия для диффузии.

Обезвоженные цеолиты могут поглощать не только воду, но и различные органические вещества (этиловый спирт, сероуглерод, некоторые красители), не нарушая своей структуры, а изменяя только некоторые физические свойства.

С химической точки зрения цеолиты представляют собой водные алюмосиликаты Са и Na, частично Ва, Sr, К редко Mg и Мn.

Цеолиты

Кристаллизуются в низших сингониях, причем все они, за исключением шабазита (тригональная сингония) и натролита (ромбическая сингония), принадлежат к призматическому виду симметрии моноклинной сингонии. Для цеолитов очень характерна четко выраженная способность к мимитезии, т. е. приближение по внешней форме к кристаллам с высшей симметрией.

Физические свойства. Обычно цеолиты бесцветные или белого цвета, иногда они окрашены в другие цвета (красные гейландиты , красноватые десмины и шабазиты). Блеск цеолитов стеклянный, иногда перламутровый, слегка мерцающий (особенно на плоскостях спайности)

Спайность средняя по (010) (десмин, гейландит), по (001) (гармотом, шаба зит) и по (110) (натролит). Твердость по сравнению с другими каркас алюмосиликатами несколько занижена, колеблется от 3,5 до 4,5 (подни-мается до 5,0 у шабазита и 5,5 у натролита). Плотность — 2,1—2,5. Показатели преломления и двупреломления довольно низкие (табл. ).

Оптические свойства главнейших цеолитов

Минералптпрng — пр илиng — пт
Натролит . .Гармотом . .Шабазит . .ГейландитДесмин . . .1,485—1,4931,5081,480—1,4901,5051,5001,473—1,4801,5051,478—1,4851,4991,4981,473—1,4801,5031,4981,4940,011—0,0130,0050,002—0,0100,0070,006

Диагностические признаки натролита — оптические свойства и химический состав; шабазита — ромбоэдрические кристаллы и спайность по ромбоэдру; гейландита — пластинчатый облик кристаллов, совершенная спайность, обусловливающая перламутровый отлив; лесмина — сноповидные формы агрегатов; гармотома — двойники с крестообразным сечением. Главные линии на рентгенограммах: 6,7; 5,7; 2,82 (для натролита); 9,3; 4,35; 2,93(для шабазита); 9,8; 8,5; 3,98 (для гейландита); 9,05; 4,03; 3,00 (для десмина); 8,11; 7,16; 6,25 (для гармотома). П. п. т. плавятся по-разному. Разлагаются в НСl с выделением студенистого слизистого или порошковатого SiО2.

Образование к месторождения. Цеолиты образуются главным образом из горячих и холодных вод. В первом случае они возникают при застывании вулканических пород, выходящих на поверхность со значительным количеством воды. В вулканических породах благодаря выделению паров и газов возникает много пустот, в которых и выделяются цеолиты, образуя сферолиты или просто выстилая стенки пустот.

Этот процесс происходит в последние гидротермальные стадии застывания магмы. Цеолиты здесь обычно находятся в ассоциации с кальцитом, доломитом, гидрослюдами и кварцем. При образовании цеолитов наблюдается некоторая последовательность, заключающаяся в том, что сначала выделяются цеолиты, бедные водой и богатые кремнеземом, а потом — цеолиты, богатые водой и бедные кремнеземом.

В нефелиновых породах в последние стадии гидротермального процесса наблюдается превращение нефелина в цеолиты, в частности в натролит (так называемый шпреуштейн.) При экзогенных процессах цеолиты возникают за счет изменения алюмосиликатов или природного стекла. Образование цеолитов иногда имеет место в почвах.

Скопления цеолитов связаны главным образом с вулканическими породами. Месторождения их находятся в Забайкалье (окрестности Усть-Кяхты), на Кавказе в Восточной Сибири, в районе Кара-Дага в Крыму, в Закарпатье, на Волыни и в некоторых других местах Украинской кристаллической полосы.

Кроме того, следует отметить развитие гармотома в рудных свинцово-цинковых жилах Гарца и Шотландии.

Разрушение. На земной поверхности цеолиты неустойчивы. Более сложные цеолиты, содержащие вместе Са, Na, а также К, переходят в цеолиты чисто натриевые или чисто кальциевые и в конце концов превращаются в хлорит, пренит и монтмориллонит. Этому процессу способствует возможность катионного обмена. Иногда наблюдается каолинитизация цеолитов.

Практическое значение имеют только искусственные цеолиты, используемые как водоочистители. Соответственно структурным особенностям среди цеолитов мы выделяем три группы: натролита, шабазита и гейландита — филлипсита.

На основании различной прочности связей между тетраэдрами в каркасе все цеолиты можно разделить на три подгруппы: одномерные (волокнистые), трехмерные (изометрические) и двумерные (пластинчатые).

 К одномерным цеолитам принадлежат такие, у которых каркасная структура состоит из четверных колец Al2Si2O10 (рис. ), соединяющихся при помощи пятого атома Si в цепочки, параллельные оси с. Между собой цепочки связаны тетраэдрами соседних колец.

В продольных полостях между цепочками размещаются катионы Na, Са и Ва и молекулы Н2О.

Вы читаете, статья на тему Алюмосиликаты

Источник: https://znaesh-kak.com/k/m/%D0%B0%D0%BB%D1%8E%D0%BC%D0%BE%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%82%D1%8B

Алюмосиликаты (Е559)

Алюмосиликат

Алюмосиликаты – это широко распространенные природные материалы. Данное вещество нашло свое применение в пищевой промышленности в качестве эмульгатора. Добавление пищевой добавки в сыпучие материалы помогает избегать образования комков и слеживания.

Индекс пищевой добавки алюмосиликат – Е559. Другое название – каолин. На данный момент есть строгие ограничения по использованию данного эмульгатора в пищевых продуктах. При превышении установленной недельной дозы потребления отмечается негативное воздействие вещества на организм человека.

Несмотря на существующие ограничения, сегодня добавка Е559 относится к разряду безопасных.

Алюмосиликаты применяются не только в пищевой промышленности, но и в косметологии. Маски и ванны с добавлением белой глины целебно воздействуют на кожу.

Способ получения пищевого концентрата

Сырьем для получения пищевой добавки служит алюминиевая соль кремниевой кислоты. Образующее вещество добывают карьерным способом. Поскольку изначально в нем очень много примесей, далее следует сложная многоуровневая очистка в центрифугах. Полученный чистый алюмосиликат сначала обезвоживают, а затем сушат в промышленных печах.

По окончании сушки обязательно проверяются качественные характеристики пищевой добавки. Е559 проверяют на наличие примесей, дисперсность и оценивают чистоту цвета.

В некоторых странах есть более современный способ получения пищевой добавки: сырье от шахты до производства движется по специальным трубопроводам длиной 20-45 км. За время транспортировки удается избавиться от большинства ненужных примесей, что позволяет получать более чистую пищевую добавку при меньшем количестве этапов гравитационной очистки.

Синтетический алюмосиликат получают путем смешивания и нагревания оксидов соответствующих металлов. Полученное химическим путем вещество не отличается по своим характеристикам от каолина, очищенного из натурального сырья.

Свойства алюмосиликата

Внешне эмульгатор выглядит как белый порошок с мелкими частицами одинакового размера. На ощупь порошок жирный, слоистый.

Цвет – чисто белый с серым или розовым оттенком. Конечный цвет зависит от характеристик образующего вещества. Аромат полностью отсутствует, вкус практически не выражен, землистый.

Порошок не вступает в химические реакции с большинством реагентов и не растворяется в воде, кислотах, спирте и эфире. Для растворения алюмосиликата в химических лабораториях применяется фтористоводородная кислота.

Эмульгатор не меняет своих характеристик при воздействии температур. При контакте с влагой образуется плотная пластичная масса.

На пищевые производства эмульгатор Е559 поступает в полипропиленовых бочках, бумажных или полипропиленовых мешках, многослойных картонных барабанах. В розничную торговлю пищевая добавка поступает в пластиковых банках или плотных фольгированных мешочках с многоразовой герметичной застежкой.

Пищевая ценность

При условии дозированного потребления, алюмосиликат положительно воздействует на организм человека. В составе пищевой добавки имеются ценные микро- и макроэлементы, необходимые для нормального функционирования внутренних органов и систем.

Еще одно полезное свойство Е559 – способность очищать организм от шлаков и токсинов. Каолин может употребляться с целью очищения организма как в чистом виде, так и в составе лекарственных препаратов.

Маски и ванны на основе белой глины полезны при различных заболеваниях кожи и дистрофических поражениях суставов. В корма для животных каолин добавляют с целью насыщения готового продукта важными микро- и макроэлементами.

Применение в пищевой промышленности

В пищевой промышленности эмульгатор Е559 добавляется в сухие сыпучие продукты, смеси и порошки. Пищевая добавка используется в качестве антислеживателя или антикомкователя. Ее применение позволяет дольше хранить сыпучие продукты без потери их качественных характеристик.

Согласно действующим нормам и технологическим инструкциям, каолин может добавляться в следующие продукты:

  • сахар-песок и сахарную пудру;
  • крахмал;
  • сухое молоко;
  • соль кухонную;
  • некоторые виды кондитерских изделий;
  • полуфабрикаты.

Алюмосиликат используется при производстве сыров и сырных полуфабрикатов, продаваемых в нарезанном виде. Добавление эмульгатора позволяет сохранять форму готового к употреблению продукта и препятствует его быстрому высыханию.

Каолин – вещество, с выраженным адсорбирующим эффектом. Поэтому при производстве патоки, используемой в качестве сырья для кондитерских изделий, тоже допускается применение Е559. Данный индекс можно увидеть на этикетке консервов, БАДов, сливочного масла, фруктовых соков.

Польза и вред пищевой добавки

На данный момент полностью не изучено влияние Е559 на человеческий организм. В виду отсутствия ограничений по использованию пищевого концентрата, есть рекомендации, согласно которым его вхождение в готовый продукт должно быть в пределах 30 г на 1 кг сыпучего продукта. Для жидких продуктов рекомендуемая доза равна 1 г алюмосиликата на 1 л сока/вина.

При нормированном потреблении каолин действует по типу медицинского адсорбента – очищает кишечник от токсинов и шлаков, способствует нормализации пищеварения.

Еще одно полезное свойство пищевого концентрата – он связывает и выводит из организма радионуклиды, действуя как мощный антиоксидант.

Аллергикам стоит четко контролировать количество употребляемого в пищу алюмосиликата, поскольку вещество может провоцировать развитие аллергических реакций. Люди, у которых есть серьезные заболевания пищеварительной системы, тоже должны избегать злоупотребления Е599.

Есть данные о том, что допустимая недельная доза каолина составляет 2 мг на 1 кг массы тела. Если не превышать рекомендуемую дозу, то эмульгатор абсолютно безопасен для здоровья. Злоупотребление алюмосиликатом может вызвать расстройства пищеварения или кожные аллергические реакции.

Алюмосиликаты (Е559)

обновлено:

Январь 30, 2018

Источник: https://FoodandHealth.ru/dobavki/alyumosilikaty-e559/

Лечим Сами
Добавить комментарий