5. Třída - karbonáty

Transkript

1 5. Třída - karbonáty Karbonáty vytváří cca 210 minerálů, tj. 6 % ze známých minerálů. Chemicky lze karbonáty odvodit od slabé kyseliny uhličité nahrazením jejich dvou vodíků kovem. Jako kationty vystupují nejčastěji Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, Mn 2+, méně často Sr 2+, Ba 2+, Cu 2+, Zn 2+, Pb 2+, Co 2+, Bi 3+, Na +, (UO 2 ) 2+, prvky vzácných zemin. Jsou známy i karbonáty s cizími anionty (OH), F, Cl, mnohé karbonáty jsou hydráty (mají molekuly H 2 O ve struktuře). Běžné je izomorfní mísení mezi: Ca 2+ Fe 2+ Mg 2+ Mn 2+ (řada kalcitu), Ca 2+ Sr 2+ Pb 2+ (řada aragonitu) Karbonáty jsou v kyselém prostředí poměrně velmi nestabilní a rozkládají se za uvolňování plynného oxidu uhličitého. Za přítomnosti větších koncentrací CO 2 a vody se některé karbonáty rozpouštějí za vzniku hydrogenuhličitanů: CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3 CaCO 3 + H 2 CO 3 = Ca(HCO 3 ) 2

2 Základ struktur karbonátů tvoří ploché trojúhelníkové anionty (CO 3 ) 2, uložené nejčastěji samostatně. Vazby mezi C a O v aniontu (CO 3 ) 2 jsou převážně kovalentní, vazby mezi anionty a kationty mají iontovou povahu. Karbonáty patří k významným nerostným surovinám. Jsou využívány zejména jako stavební a ozdobné materiály (vápence, dolomity, mramory, travertiny), slouží k výrobě cementů (vápence, mramory, dolomity) a vápna (vápence), v hutnictví se používají jako struskotvorné přísady (vápence, dolomity). Siderit je rudou Fe, rodochrozit Mn, smithsonit Zn, cerusit Pb, azurit a malachit Cu. Magnezit a v menší míře dolomit se využívají v hutnictví (žáruvzdorné vyzdívky pecí) a slouží jako ruda Mg. Bastnäsi a parisit jsou významným zdrojem prvků vzácných zemin.

3 Kalcit CaCO 3 Jeden z nejrozšířenějších horninových minerálů zemské kůry; vyskytuje se ve vápencích, mramorech, travertinech. Použití: Velká část produkce se používá pro výrobu pigmentů a pařížské běloby. Plnivo při výrobě papíru, plastů, gumy, linolea, tiskařských barev a také v řadě kosmetických přípravků (pleťové krémy) a ve farmaceutickém průmyslu při výrobě antibiotik. Abrazivo při výrobě zubních past a leštících prášků. Ve stavebnictví se po termické úpravě (CaO) používá pro výrobu cementů, jako hydratovaný Ca(OH) 2 má široké uplatnění: výroba hnojiv, karbidu vápenatého, dřevěného lihu, alkoholu, glycerínu, skla, porcelánu, cukru apod. Dále se používá k úpravě vody, neutralizaci atd. V energetice se vápence používají k odsiřování.

4

5 6. Třída boráty (BO 3 ) 3- Tvoří dosti početnou třídu minerálů (130) tj. 3 % všech dnes známých minerálů. I přes značný počet druhů patří boráty k vzácným minerálům. Nejvýznamnějším minerálem je borax. Základem struktur boritanů jsou jednak trojúhelníkové polygony (BO 3 ) 3 (obdobně jako (CO 3 ) 3 v karbonátech), jednak tetraedry (BO 4 ) 4 (obdobně jako (SiO 4 ) 4 v silikátech).

6 Borax Na 2 [B 4 O 5 (OH) 4 ].8H 2 O Boráty jsou jediným zdrojem bóru pro potřeby sklářského průmyslu, metalurgie, výrobu léčiv, potravinářství a pro ostatní průmyslové obory. Požadavky na využití borátů pro průmyslové aplikace se neustále zvyšují. Sklářství modifikují strukturu skla, zvyšují jeho rezistenci vůči mechanickým a chemickým vlivům. Používají se k výrobě LCD obrazovek, k výrobě skel s vysokou teplotní odolností a optických vláken (spotřeba až 43 % světové produkce).

7 7. třída: sulfáty (SO 4 ) 2- Bezvodé sulfáty bez cizích aniontů Bezvodé sulfáty s cizími anionty Vodnaté sulfáty bez cizích aniontů Vodnaté sulfáty s cizími anionty Chromáty, molybdáty, wolframáty Anhydrit, baryt, thenardit Alunit, jarosit Sádrovec Ettringit Scheelit, wulfenit

8 Sulfáty, chromáty, molybdáty, wolframáty Do této třídy řadíme sulfáty a jejich strukturní analogy, wolframany a molybdenany. V této třídě je zastoupeno přibližně 330 minerálů (cca 8 % všech dnes známých minerálů). Formálně lze minerály odvodit od kyseliny sírové H 2 SO 4, resp. analogických kyselin Cr, Mo a W. Jako kationty vystupují nejčastěji Na, K, Ca, Al, Mg, Fe, Ba, Sr, méně často Cu, Pb, Zn.

9 Struktura sulfátů Základem struktury sulfátů a analogů je tetraedr (MO 4 ) 2, kde M = S, Cr, Mo, W. Tyto tetraedry jsou ve strukturách přítomny izolovaně (na rozdíl od silikátů a borátů) a jsou vzájemně svázány prostřednictvím kationtů nebo cizích aniontů (O 2, OH, F ). Mnohé sulfáty jsou hydráty (mají molekuly H 2 O ve stuktuře). Vazby mezi tetraedry a kationty mají převážně iontový charakter. Ve strukturách hydratovaných sulfátů mohou hrát významnou roli vodíkové můstky. Většina sulfátů, zejména hydráty, tvoří krystaly v soustavách s nízkou symetrií.

10 Využití sulfátů Sulfáty se uplatňují ve stavebnictví (sádrovec), jako zdroj některých prvků (Ba, Sr, Al, Mg), mají i řadu jiných využití (baryt). Roční současná produkce barytu činí přibližně 5 milión tun. V některých případech vznikají jako součást technologických procesů (úprava vod): sádrovec, ettringit, jarosit nebo při odsiřování technický sádrovec, který se dnes primárně využívá pro výrobu sádrokartonů ve stavebnictví. Chromáty, molybdáty a wolframáty mají ve srovnání se sulfáty vyšší hustotu a tvrdost a někdy až polokovový vzhled. Chromáty, molybdáty a wolframáty jsou až na výjimky v přírodě vzácné a počet jejich druhů není velký. Mají využití jako rudy Cr, Mo a W.

11 Baryt, thenardit BARYT - BaSO 4 Stavebnictví - složka do tzv. těžkého betonu. Jelikož baryt zachycuje radioaktivní a rentgenové záření, používá se pro výrobu odstiňovacích desek proti RTG záření, v betonu do staveb reaktorů. Velká část produkce barytu se používá jako plnivo do výplachových tekutin při hloubkových ropných vrtech, zatěžováním vratných kalů se zabraňuje nekontrolovatelnému úniku ropy nebo plynu. Kontrastní látka v lékařství Plnivo do papíru THENARDIT - Na 2 SO 4 Používá se jako surovina pro výrobu skla a barev. Výroba papíru. Hydratovaný Na 2 SO 4 (Glauberova sůl směs minerálů mirabilit + glauberit + thenardit) se uplatňuje v barvířství, chladírenství, výrobě léčiv apod. Vzniká jako sodný kal vedlejší produkt při výrobě HCl z NaCl, nebo při výrobě viskózy. Často je přítomen v rozpuštěné formě v důlních vodách, kde může ovlivňovat ekotoxicitu na vodních organismech.

12 Sádrovec, ettringit SÁDROVEC - CaSO 4. 2 H 2 O Ve stavebnictví pro výrobu sádry na štuky, odlitky, omítky, sádrokartonů, na výrobu ozdobných předmětů, alabastr v sochařství. Na sádrové obvazy. Při výrobě barev, smaltů, porcelánu. V současné době je přírodní sádrovec nahrazován technologickým sádrovcem, vznikajícím při odsiřování elektráren. ETTRINGIT - Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 (OH) H 2 O Ve stavebnictví při výrobě sádrokartonových desek a portlandského cementu. Přidává se pro zvýšení pevnostních vlastností cementu. Velmi hojný jako produkt úpravy vod

13 Wolframáty, molybdáty SCHEELIT - CaWO 4 Spolu s wolframitem představuje rudu wolframu; wolfram se používá pro výrobu karbidu W, nitridů a karbidonitridů Ti, Nb, Ta a Hf, pro výrobu oceli, slitin pro osvětlovací techniku. V elektronice pro výrobu tranzistorů a spínacích kontaktů. Ve vysokoteplotních technologiích: pece, jaderné reaktory, elektrárny, radiační technika, v letectví a kosmonautice. WULFENIT - PbMoO 4 Ruda molybdenu (i olova). Mo se používá jako legující prvek, který zvyšuje tvrdost a houževnatost. Ve slitinách s Ni zvyšuje teplotní rezistenci a odolnost vůči korozi k chemickým roztokům. Používá se k výrobě elektrod pro pece a předehřívače. Mo se využívá v jaderné energetice a letectví v oblastech s vysokými nároky na termickou rezistenci. Jako katalyzátor při zpracování nafty. Sulfidy molybdenu nebo selenity jsou pro svou vysokou teplotní rezistenci využívány jako vysokoteplotní lubrikanty v olejích a naftě. Žhavící vlákna při elektronických aplikacích. Drahý kámen.

14 Fotodokumetace Ettringit Baryt Scheelit Sádrovec

15 . 8. Třída fosfáty (PO 4 ) 3- Fosfáty vytváří přibližně 700 minerálů, tj 18 % všech dnes známých. Fosfáty lze formálně odvodit od kyseliny trihydrogenfosforečné H 3 PO 4 a obdobných kyselin trihydrogenarseničné H 3 AsO 4 a trihydrogenvanadičné H 3 VO 4. Bezvodé fosfáty bez cizích aniontů Xenotim, monazit Bezvodé fosfáty s cizími anionty Apatit Vodnaté fosfáty bez cizích aniontů Vivianit Vodnaté fosfáty s cizími anionty Tyrkys

16 Fosfáty základní charakteristika Fosfátů je v přírodě velké množství druhů, většina však patří ke vzácným až velmi vzácným minerálům. Základním strukturním motivem minerálů této třídy je tetraedrická skupina [PO 4 ] 3-, která má analogickou prostorovou stavbu jako tetraedrická skupina [SiO 4 ] 4-. Proto lze mezi strukturami fosforečnanů a silikátů nalézt zcela shodné krystalové struktury. To se projevuje rovněž v izomorfní zastupitelnosti obou útvarů. Velký počet fosforečnanů obsahuje i cizí anionty (fluor, chlór, hydroxylové skupiny) nebo molekuly vody různého strukturního charakteru. Vazebně se jedná většinou o minerály, u kterých vazby uvnitř tetraedrických aniontů jsou převážně kovalentní, zatímco vazby mezi těmito skupinami a atomy kovů jsou převážně iontové. Jako kationty vystupují nejčastěji Al 3+, Ca 2+, Fe 2+, Cu 2+, (UO 2 ) 2+, méně často Mn 2+, Na +, Li +, Sr 2+ a prvky vzácných zemin.

17 Význam fosfátů Praktický význam mají zejména fosfority (sedimentární fosfátové horniny tvořené hlavně apatitem), které jsou surovinami pro výrobu fosforečných hnojiv, fosforu a jeho sloučenin. Fosfáty jsou dále zdrojem prvků vzácných zemin a Th (monazit), Pb (pyromorfit), Co (erytrin), Ni (annabergit), U (uranové slídy). Výroba implantátů (korálový apatit je přeměněn na hydroxylapatit) hydrotermickými procesy nebo mikrovlnnou konverzí.

18 Xenotim, monazit XENOTIM - YPO 4 Yttrium je základním prvkem při syntéze luminoforů pro výrobu obrazovek barevných televizorů. Nanáší se na vnitřní stranu obrazovky, kde po dopadu urychleného elektronu vydávají červené luminiscenční záření. V metalurgii - slitiny hořčíku (duralů) a hliníku, kde jeho přítomnost zvyšuje pevnost a tvárnost. Dysprosium se používá pro laserovou techniku a nukleární reaktory. Erbium má účinný záchyt neutronů, jeho slitiny jsou materiálem pro výrobu moderátorových tyčí (pokles neutronového toku => zpomalení štěpné reakce) v jaderných reaktorech. Přídavek do slitin vanadu zlepšení mechanických vlastností. Barva glazur (červená, růžová). MONAZIT - CePO 4 Hlavní zdroj prvků vzácných zemin, převážně ceriové řady. Na světových trzích je nadbytek Ce, vzniká jako přebytek při výrobě vysoce žádaných lanthanoidů především europia a samaria. Využití metalurgie, obloukové lampy, sklářský průmysl CeO 2 snižuje propustnost UV záření. Katalyzátor v petrochemii.

19 Apatit APATIT - Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH,F,Cl, CO 3-2 ) V současnosti se pod názvem apatit rozumí celá skupina minerálů podobného chemického typu a tudíž apatit není platným minerálem. Je hlavním zdrojem fosforu. Největší význam má jako zdroj lantanoidů (přes 5 %). V apatitu je nejvíce zastoupen La 2 O 3, CeO 2 a Pr 6 O 11. Přírodní hnojivo. Chemický průmysl (výroba zápalek, kyseliny fosforečné). Zajímavostí je, že se mikroskopické krystalky apatitu (karbonát - fluorapatit) jsou jednou z hlavních složek kostí a zubů všech obratlovců, včetně člověka.

20 Vivianit, tyrkys Vivianit VIVIANIT - Fe 3 (PO 4 ) 2. 8 H 2 O Jako barvivo. Někdy jako drahý kámen (fasetové výbrusy). Kaly z čistíren odpadních vod, kde vzniká jako důsledek použití flokulačních činidel na bázi sulfátu železitého TYRKYS - CuAl 6 (PO 4 ) 4 (OH) 8. 4 H 2 O Velmi žádaný drahokam, v levnějších špercích se používá syntetický tyrkys. Apatit