Гептаалюминат додекакальция - Dodecacalcium hepta-aluminate

Гептаалюминат додекакальция
Гептаалюминат кальция str.png
Кристаллическая структура C12A7[1]
Имена
Другие имена
C12A7; майенит; Тетрадекалюминий, додекакальций, триаконтаоксид
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
Характеристики
Ca12Al14О33
Молярная масса1386,66 г · моль−1
ВнешностьОт прозрачного до черного твердого вещества, в зависимости от синтеза и допирования[2]
Плотность2,68 г · см−3
Температура плавления 1400 ° С (2550 ° F, 1670 К)
1.614–1.643[3]
Структура
Кубический
я43D
а = 1,1989 нм[4]
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Гептаалюминат додекакальция (12CaO · 7Al2О3, Ca12Al14О33 или же C12A7) представляет собой неорганическое твердое вещество, которое редко встречается в природе в качестве минерального майенит. Это важный этап в кальциево-алюминатные цементы и является промежуточным звеном в производстве портландцемент. Его состав и свойства были предметом многочисленных споров из-за вариаций в составе, которые могут возникнуть во время его высокотемпературного образования.[5]

Синтез

Поликристаллический C12A7 может быть получен обычной твердофазной реакцией, то есть нагреванием смеси карбонат кальция и оксид алюминия или же гидроксид алюминия порошки, на воздухе. Он не образуется в кислороде или в атмосфере без влаги. Его можно переродить в монокристаллы, используя Чохральский или же зона плавки техники.[2]

В Портленде цементные печи, C12A7 - ранний продукт реакции оксидов алюминия и кальция в интервале температур 900–1200 ° C. С началом фазы плавления при более высоких температурах он вступает в реакцию с дополнительным оксидом кальция с образованием алюминат трикальция. Таким образом, он может появиться в недо обожженных в печи продуктах. Это также встречается в некоторых натуральные цементы.

Состав и структура

Обычно встречающийся минерал представляет собой серию твердых растворов с концевыми элементами Ca12Al14О33 и Ca6Al7О16(ОЙ). Последний состав теряет воду только при высокой температуре и теряет большую часть ее к температуре плавления (около 1400 ° C). Если материал, нагретый до этой температуры, быстро охладить до комнатной температуры, получается безводный состав. Скорость реабсорбции воды с образованием водной композиции незначительна ниже 930 ° C.

C12A7 имеет симметрию кристалла кубической формы; Ca12Al14О33 имеет постоянную решетки 1,1989 нм[4] и плотностью 2,680 г · см−3 а Ca6Al7О16(ОН) имеет 1,1976 нм и 2,716 г · см−3. Элементарная ячейка состоит из 12 клеток с внутренним диаметром 0,44 нм и формальным зарядом +1/3, две из них не содержат O2− ионы (не показаны в структуре инфобокса). Эти ионы могут легко перемещаться через материал и могут быть заменены на F−, Cl− (как в минерале хлормайенит ) или ОН− ионы.[2]

Путаница относительно состава способствовала ошибочному назначению состава Ca5Al3О33. Исследования системы показали, что ряд твердых растворов распространяется также на аккомодацию других частиц вместо гидроксильной группы, включая галогениды, сульфидные и оксидные ионы.[5]

Свойства и приложения

C12A7 - важная минеральная фаза в кальциево-алюминатные цементы[1] и является промежуточным звеном в производстве портландцемент. Он быстро реагирует с водой со значительным выделением тепла с образованием 3CaO · Al2О3· 6H2O и Al (OH)3 гель. Образование гидрата из этого минерала и из алюмината монокальция представляет собой первую стадию развития прочности глиноземистых цементов. Из-за своей более высокой реакционной способности, приводящей к чрезмерно быстрой гидратации, глиноземистые цементы содержат относительно низкие количества гептаалюмината додекакальция или совсем не содержат.

C12A7 имеет потенциальное применение в оптической, био- и структурной керамике. Некоторые аморфные алюминаты кальция светочувствительны и, следовательно, могут использоваться в оптических устройствах хранения информации.[6][7][8] Они также обладают желательными свойствами пропускания инфракрасного излучения для оптических волокон.[9][10]

В то время как нелегированный C12A7 является изолятором с широкой запрещенной зоной, легированный электронами электрид C12A7: e− металлический проводник с проводимостью до 1500 См / см при комнатной температуре; он может даже проявлять сверхпроводимость при охлаждении до 0,2–0,4 К. C12A7: e− также является катализатором, который потенциально может применяться в синтезе при атмосферном давлении аммиак. Электронное легирование достигается извлечением O2− ионы из структуры C12A7 путем химического восстановления. Инжектированные электроны занимают уникальную зона проводимости называется «клеточная зона проводимости», и мигрирует через C12A7: e− кристалл туннелированием. Их легко и обратимо заменить гидрид-ионами (H−) нагреванием C12A7: e− в атмосфере водорода. Благодаря этой обратимости C12A7: e− не страдает водородным отравлением - необратимым ухудшением свойств при воздействии водорода, что характерно для традиционных катализаторов, используемых в синтезе аммиака.[1][2]

Рекомендации

  1. ^ а б c Hosono, H .; Tanabe, K .; Такаяма-Муромати, Э .; Kageyama, H .; Yamanaka, S .; Kumakura, H .; Nohara, M .; Hiramatsu, H .; Fujitsu, С. (2015). «Исследование новых сверхпроводников и функциональных материалов, а также изготовление сверхпроводящих лент и проводов из пниктидов железа». Наука и технология перспективных материалов. 16 (3): 033503. arXiv:1505.02240. Bibcode:2015STAdM..16c3503H. Дои:10.1088/1468-6996/16/3/033503. ЧВК  5099821. PMID  27877784.
  2. ^ а б c d Джинли, Дэвид; Хосоно, Хидео; Пейн, Дэвид С. (2010). Справочник прозрачных проводников. Springer Science & Business Media. стр. 318 и сл. ISBN  978-1-4419-1638-9.
  3. ^ Энтони, Джон В .; Бидо, Ричард А .; Bladh, Kenneth W .; Николс, Монте С., ред. (1997). «Майенит». Справочник по минералогии (PDF). III (галогениды, гидроксиды, оксиды). Шантильи, Вирджиния, США: Минералогическое общество Америки. ISBN  0962209724.
  4. ^ а б Грандфилд, Джон (2014). Легкие металлы 2014. Вайли. п. 78. ISBN  978-1-118-88840-7.
  5. ^ а б Тейлор, H F W (1990) Цементная химия, Academic Press, ISBN  0-12-683900-X, стр. 36–38
  6. ^ Гулгун, М. А .; Popoola, O.O .; Кривень, В. М. (1994). «Химический синтез и характеристика порошков алюмината кальция». Журнал Американского керамического общества. 77 (2): 531. Дои:10.1111 / j.1151-2916.1994.tb07026.x.
  7. ^ Валленбергер, Ф. Т .; Weston, N.E .; Браун, С. Д. (1991). «Волокна из алюмината кальция, полученные из расплава: структурные и оптические свойства». Рост и исследование материалов для инфракрасных детекторов и нелинейных оптических переключателей. Рост и исследование материалов для инфракрасных детекторов и нелинейных оптических переключателей. 1484. п. 116. Дои:10.1117/12.46516.
  8. ^ Birchall, J.D .; Howard, A.J .; Кендалл, К. (1981). «Прочность на изгиб и пористость цементов». Природа. 289 (5796): 388. Bibcode:1981Натура 289..388Б. Дои:10.1038 / 289388a0.
  9. ^ Kendall, K .; Howard, A.J .; Birchall, J.D .; Pratt, P. L .; Проктор, Б. А .; Джефферис, С. А. (1983). «Связь между пористостью, микроструктурой и прочностью, и подход к усовершенствованным материалам на основе цемента [и обсуждение]». Философские труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. 310 (1511): 139. Bibcode:1983RSPTA.310..139K. Дои:10.1098 / рста.1983.0073.
  10. ^ Гоктас, А. А .; Вайнберг, М. С. (1991). «Приготовление и кристаллизация золь-гель кальциево-глиноземных композиций». Журнал Американского керамического общества. 74 (5): 1066. Дои:10.1111 / j.1151-2916.1991.tb04344.x.