Heptaglinian dodekawapnia
 Struktura krystaliczna
|
|
| nazw C12A7 | |
|---|---|
| Inne nazwy C12A7; majenit; tritriakontatlenek tetradekaglinu dodekawapnia
|
|
| Identyfikatory | |
|
Model 3D ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|
|
|
|
|
| Nieruchomości | |
| Ca 12 Al 14 O 33 | |
| Masa cząsteczkowa | 1386,66 g · mol -1 |
| Wygląd | Przezroczyste do czarnego ciała stałego, w zależności od syntezy i domieszkowania |
| Gęstość | 2,68 g·cm -3 |
| Temperatura topnienia | 1400 ° C (2550 ° F; 1670 K) |
|
Współczynnik załamania światła ( n D )
|
1.614–1.643 |
| Struktura | |
| Sześcienny | |
| ja 4 3d | |
|
a = 1,1989 nm
|
|
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
|
|
Heptaglinian dodekawapnia (12CaO·7Al 2 O 3 , Ca 12 Al 14 O 33 lub C 12 A 7 ) to nieorganiczne ciało stałe, które rzadko występuje w przyrodzie jako minerał majenit . Jest ważną fazą w cementach glinianowo-wapniowych i jest półproduktem w produkcji cementu portlandzkiego . Jego skład i właściwości były przedmiotem wielu dyskusji ze względu na różnice w składzie, które mogą powstać podczas jego powstawania w wysokiej temperaturze.
Synteza
Polikrystaliczny C12A7 . węglanu wapnia można wytworzyć za pomocą konwencjonalnej reakcji w stanie stałym, tj. ogrzewania mieszaniny proszków i tlenku glinu lub wodorotlenku glinu w powietrzu Nie powstaje w atmosferze tlenu ani w atmosferze pozbawionej wilgoci. Można go ponownie wyhodować w monokryształy za pomocą Czochralskiego lub topienia strefowego .
W piecach cementu portlandzkiego C 12 A 7 jest wczesnym produktem reakcji tlenków glinu i wapnia w zakresie temperatur 900-1200 °C . Wraz z początkiem faz stopu w wyższych temperaturach reaguje z dalszym tlenkiem wapnia, tworząc glinian trójwapniowy . W związku z tym może pojawić się w niedopalonych produktach pieca. Występuje również w niektórych cementach naturalnych .
Skład i struktura
Zwykle spotykany minerał to szereg roztworów stałych z członami końcowymi Ca 12 Al 14 O 33 i Ca 6 Al 7 O 16 (OH). Ta ostatnia kompozycja traci wodę tylko w wysokiej temperaturze, a większość traci w temperaturze topnienia (około 1400 ° C). Jeśli materiał ogrzany do tej temperatury szybko schłodzi się do temperatury pokojowej, otrzymuje się bezwodną kompozycję. Szybkość ponownego wchłaniania wody w celu wytworzenia uwodnionej kompozycji jest pomijalna poniżej 930°C.
C12A7 ma sześcienną kryształu ; symetrię Ca 12 Al 14 O 33 ma stałą sieci 1,1989 nm i gęstość 2,680 g·cm -3 , podczas gdy Ca 6 Al 7 O 16 (OH) ma 1,1976 nm i 2,716 g·cm -3 . Komórka elementarna składa się z 12 klatek o średnicy wewnętrznej 0,44 nm i ładunku formalnym +1/3, z których dwie zawierają wolne jony O 2− (nie pokazane w strukturze infoboksu). Jony te mogą łatwo przemieszczać się w materiale i mogą być zastąpione przez jony F- , Cl- (jak w minerale chlormayenit ) lub OH- .
Zamieszanie składowe przyczyniło się do błędnego przypisania składu Ca 5 Al 3 O 33 . Badania układu wykazały, że seria roztworów stałych rozciąga się również na akomodację innych związków w miejsce grupy hydroksylowej, w tym halogenków, jonów siarczkowych i tlenkowych.
Właściwości i zastosowania
C 12 A 7 jest ważną fazą mineralną w cementach glinianowo-wapniowych i jest półproduktem w produkcji cementu portlandzkiego . Reaguje szybko z wodą, wydzielając znaczne ciepło, tworząc żel 3CaO·Al 2 O 3 ·6H 2 O i Al(OH) 3 . Powstawanie hydratu z tego minerału i z glinianu jednowapniowego stanowi pierwszy etap rozwoju wytrzymałości cementów glinowych. Ze względu na większą reaktywność, prowadzącą do zbyt szybkiej hydratacji, cementy glinowe zawierają stosunkowo niewielkie ilości heptaglinianu dodekawapnia lub nie zawierają go wcale.
C 12 A 7 ma potencjalne zastosowania w ceramice optycznej, biologicznej i strukturalnej. Niektóre amorficzne gliniany wapnia są światłoczułe i dlatego są kandydatami do optycznych urządzeń do przechowywania informacji. Posiadają również pożądane właściwości transmisji w podczerwieni dla światłowodów.
Podczas gdy niedomieszkowany C 12 A 7 jest izolatorem szerokopasmowym, elektryd domieszkowany elektronami C 12 A 7 :e − jest przewodnikiem metalicznym o przewodności dochodzącej do 1500 S/cm w temperaturze pokojowej; może nawet wykazywać nadprzewodnictwo po ochłodzeniu do 0,2–0,4 K. C 12 A 7 :e - jest także katalizatorem, który ma potencjalne zastosowanie w syntezie amoniaku pod ciśnieniem otoczenia . Domieszkowanie elektronowe uzyskuje się poprzez ekstrakcję jonów O 2− ze struktury C 12 A 7 poprzez redukcję chemiczną. Wstrzyknięte elektrony zajmują unikalne pasmo przewodnictwa zwane „pasmem przewodnictwa klatki” i migrują przez kryształ C 12 A 7 :e − przez tunelowanie. Można je łatwo i odwracalnie zastąpić jonami wodorkowymi (H − ) przez ogrzewanie C 12 A 7 :e − w atmosferze wodoru. Dzięki tej odwracalności C 12 A 7 :e − nie ulega zatruciu wodorem – nieodwracalnemu pogorszeniu właściwości pod wpływem wodoru, które jest charakterystyczne dla tradycyjnych katalizatorów stosowanych w syntezie amoniaku.