Химия силикатов

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск

Химия силикатов – раздел физической химии, подразумевающий изучение физического и химического строения, структуры, состава, физических и химических свойств веществ, в основе которых лежит кремний, в сочетании с кислородом и другими элементами на 90 % составляющий земную кору. Основной задачей этой науки являются исследования веществ наиболее распространённых в природе и, соответственно — в практике. Последнее предопределяет следующие изыскания: либо разработку на основе изучения силикатов аналогов различных минералов, либо — совершенно новых веществ, по тем или иным качествам превосходящих любые существующие в природе — создание таких важнейших материалов, как цемент, керамика, стекло, огнеупоры, эмали, покрытия, красители, используемые в строительстве, металлургии, в химической, оптической, радио- и электротехнической, авиационной, медицинской, космической и других отраслях промышленности.

В обобщенном смысле химия силикатов занята исследованием солей кремниевых кислот. Роль катионов в силикатах играют элементы 2-го, 3-го и 4-го периодов Периодической системы. В природе силикаты представлены в виде минералов, входят в состав большинства горных пород, слагающих основную часть земной коры. Химия силикатов проводит фундаментальные исследования обширного класса химических соединений





История

Само понятие этого раздела фундаментальной науки — области химии, изучающей данный класс соединений, возникло сравнительно недавно — с формированием общей классификации, номенклатуры неорганических веществ. Тем не менее, именно силикаты были первыми веществами и материалами неорганического происхождения, с которыми пришлось столкнуться в своей практике человеку, что подветждает изучение артефактов первобытной культуры Ашёльского периода — первые кремнёвые инструменты и орудия, оружиерубила, топоры, ножи, наконечники стрел и другие предметы быта, поскольку они, эти материалы. как уже отмечено, являются самыми распространёнными в природе, но и наиболее доступными для примитивной обработки — кремнезёмные соединения, на 90% составляющих кору земного шара; но и первые рукотворные материалы — первые сравнительно сложные в технологическом отношении изделия и материалы являются силикатами: разновидности керамики, значительная часть стёкол и смальт, эмалей, и многие другие неорганические стеклообразные вещества, в твёрдотельном аморфном состоянии. С развитием цивилизаций распространение использования этих материалов соответственно расширялось и совершенствовалось.

Таким образом и изучение этих веществ — эмпирическое исследование их строения, состава и свойств, исходя из постижения тех или иных качеств материалов, насчитывает несколько тысяч лет — любое гончарное изделие, керамика — это силикатное вещество.

В то же время, для любых процессов, подразумевающих воздействие высоких температур, агрессивных сред, таких, которые не способны выдерживать без существенных изменений любые иные вещества, альтернативой могут являться только силикаты. Например, ни один пилотируемый космический аппарат не способен будет преодолеть взаимодействие с плотными слоями атмосферы без защиты из тугоплавких покрытий, которые также создаются исключительно на основе наиболее тугоплавких силикатных соединений или композитов с их включением.

Наука о силикатах

Тем не менее, теоретическая сторона изучения этих веществ имеет первостепенное значение — как и во всех других областях естествознания, фундаментальные научные исследования являются основой для плодотворного, осознанного развития экспериментальной науки, а в дальнейшем — практической реализации полученных выводов и данных.

Наука эта на современном этапе может иметь развитие только в сочетании с физическими методами — методами физики силикатов.

Первым, кто в России занимался изучением силикатов, был Михаил Васильевич Ломоносов, причём эти исследования проводились им с использованием методов основанной им физической химии — физико-химическими методами. Его опыты в пределах основанной им же науки о стекле — это первое в истории, в современном понимании научно-исследовательской теории и практики, изучение силикатов[1].

В этой области работал Д. И. Менделеев, для которого первым значительным самостоятельным трудом явилось именно изучение силикатов — ортита, пироксена и умбры, что привлекло внимание учёного к зависимости, ставшей поводом к рассмотрению изоморфного ряда, и что, в числе других гипотез, привело его в дальнейшем к формированию основ периодического закона — это была его первая публикация[2].

Одним из первых учёных, давших понимание и стройное обоснование химии силикатов был французский химик и физик А. Л. Ле Шателье. И хотя большая часть его исследований имеет отношение к прикладным научным вопросам, именно последние явились основой и дали толчок систематическм фундаментальным исследованиям химико-технологических процессов. Начав в 1880 году изучение технологии обжига и затвердевания цемента, он смог дать объяснение этих сложных процессов. Исходя из данных исследований, Анри Ле Шателье сформировал основу теории затвердевания цемента — теории «кристаллизации». Учёным был опубликован первый в настоящей области труд — монография «Кремнезем и силикаты». Перевод её на русский язык был осуществлён профессором И. Ф. Пономарёвым, который в переписке с автором уяснял понимание многих вопросов, связанных с кристаллизацией цемента. К тому времени профессор И. Ф. Пономарёв уже был одним из ведущих специалистов в области химии силикатов. а впоследствии, в 1948 году, он, вместе с основным инициатором, академиком Ильёй Васильевичем Гребенщиковым и другими учёными, стал основателем Института химии силикатов. В 1980-е годы исследовательская база этого учреждения, благодаря стараниям академика М. М. Шульца, его директора в ту пору (1972—1998), увеличилась втрое — было построено новое здание[3][4][5] .

Прямо или косвенно с химией силикатов связаны исследования очень многих учёных России, в том числе и тех, чья основная деятельность значительно отстоит от этого направления науки как такового. Физикой и химией силикатов занимались: Д. И. Менделеев, Г. Г. Тамман, И. В. Гребенщиков, Н. Н. Качалов, П. Ф. Антипин, П. П. Будников, С. А. Щукарев, Е. Ф. Гросс, Е. А. Порай-Кошиц, Н. А. Торопов, К. С. Евстропьев, А. А. Аппен, В. П. Барзаковский, С. К. Дуброво, В. А. Иоффе, М. М. Шульц, Т. А. Фаворская, Б. В. Барбарин, Ю. Г. Соколов, Б. Н. Долгов, Э. К. Келлер, Ю. В. Морачевский, Р. Г. Гребенщиков, В. Б. Алесковский, В. В. Гусаров, В. Е. Швайко-Швайковский, П. Ф. Румянцев, А. И. Бойкова, О. Е. Квятковский, А. Н. Лазарев, Н. С. Андреев, В. Н. Филипович, Н. П. Харитонов, В. В. Моисеев, О. В. Мазурин, В. А. Кротиков, И. И. Черемисин, С. В. Чуппина, И. И. Китайгородский, А. И. Китайгородский, Г. А. Смоленский, В. В. Кафаров, И. В. Тананаев, Р. Б. Добротин, Н. Г. Суйковская, М. Г. Воронков, В. А. Колесова, Р. Ш. Малкович, Ф. Я. Галахов, В. Б. Глушкова, Н. Е. Прихидько, С. П. Жданов и многие другие[3][4][5][6].

В настоящее время химия силикатов подразумевает исследование очень большого сегмента в круге веществ широчайшего диапазона свойств и, соответственно — применения. В арсенале методов, которые использует эта наука — большинство физико-химических — термодинамические, масс-спектрометрические, рентгенофазовые, методы ЯМР и другие.

Силикатные материалы имеют применение во многих областях — от медицины, строительства, производства красителей и покрытий до военной и космической техники.

Напишите отзыв о статье "Химия силикатов"

Примечания

  1. Безбородов М. А. М. В. Ломоносов и его работа по химии и технологии силикатов. К двухсотлетию первой научной химической лаборатории в России. 1748 ~ 1948. — М.—Л.: Издательство Академии наук, 1948.
  2. Барзаковский В. П., Добротин Р. Б. Труды Д. И. Менделеева в области химии силикатов и стеклообразного состояния. — М.—Л.: АН СССР, 1960
  3. 1 2 Институт химии силикатов. / Составили: действительный член Академии строительства и архитектуры СССР доктор технических наук, профессор Н. А. Торопов и доктор химических наук В. П. Барзаковский. — Л.: АН СССР, 1958.
  4. 1 2 Библиографический указатель работ научных сотрудников Института химии силикатов АН СССР. 1962—1969. — Л.: АН СССР, 1971.
  5. 1 2 Физикохимия силикатов и оксидов. К 50-летию Института химии силикатов им. И. В. Гребенщикова. / Ответственный редактор акад. М. М. Шульц. — СПб.: Наука, 1998. — ISBN 5-02-024867-3
  6. Библиографический указатель работ научных сотрудников Института химии силикатов АН СССР. 1982—1995. 50 лет Институту химии силикатов имени И. В. Гребенщикова. / Сосотавители: Л. И. Васильева, С. Е. Гуслянникова, Л. А. Зимина, Е. Б. Федорушкова. — СПб.: Библиотека Российской академии наук, 1998.

Литература

  • Ле Шателье Анри. Кремнезём и силикаты (La silice et les silicates). Авторизованный перевод с французского профессора И. Ф. Пономарёва. С изменениями, сделанными для русского перевода Анри Ле Шателье и статьёй академика П. П. Лазарева. Л.: Научное химико-техническое издательство. Научно-техническое управление ВСНХ, государственная типография имени Е. Соколовой. 1929
  • Евстропьев К. С., Торопов Н. А. Химия кремния и физическая химия силикатов. Под редакцией Д. С. Белянкина. М.: Государственное издательство литературы по строительным материалам. 1950
  • Физическая химия силикатов. Сборник статей. Перевод с английского и немецкого А. И. Бойковой с соавторами. Редактор профессор Н. А. Торопов. М.: Издательство иностранной литературы. 1956
  • Труды, посвящённые памяти академика Ильи Васильевича Гребенщикова. Главный редактор профессор К. С. Евстропьев. Труды ГОИ. Том XXIV. Выпуск 145. М.: Государственное издательство оборонной промышленности. 1956
  • Проблемы химии силикатов. Сборник трудов. Ответственный редактор чл.-корр. М. М. Шульц. Л.: Наука. 1974
  • Химия силикатов и оксидов. Сборник трудов. Ответственный редактор акад. М. М. Шульц. Л.: Наука. 1982
  • Физикохимия силикатов и оксидов. К 50-летию Института химии силикатов им. И. В. Гребенщикова. Ответственный редактор акад. М. М. Шульц. СПб.: Наука. 1998 ISBN 5-02-024867-3
  • Институт химии силикатов. Составили: действительный член Академии строительства и архитектуры СССР доктор технических наук, профессор Н. А. Торопов и доктор химических наук В. П. Барзаковский. Л.: АН СССР. 1958
  • Библиографический указатель работ научных сотрудников Института химии силикатов АН СССР. 1962—1969. Л.: АН СССР. 1971
  • Библиографический указатель работ научных сотрудников Института химии силикатов АН СССР. 1982—1995. 50 лет Институту химии силикатов имени И. В. Гребенщикова. Сосотавители: Л. И. Васильева, С. Е. Гуслянникова, Л. А. Зимина, Е. Б. Федорушкова. Санкт-Петербург.: Библиотека Российской Академии Наук. 1998
  • Безбородов М. А. М. В. Ломоносов и его работа по химии и технологии силикатов. К двухсотлетию первой научной химической лаборатории в России. 1748 ~ 1948. М. —Л.: Издательство Академии Наук. 1948
  • Горшков B. C., Савельев В. Г., Федоров Н. Ф. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений, М.: 1988

Отрывок, характеризующий Химия силикатов



Ростов своим зорким охотничьим глазом один из первых увидал этих синих французских драгун, преследующих наших улан. Ближе, ближе подвигались расстроенными толпами уланы, и французские драгуны, преследующие их. Уже можно было видеть, как эти, казавшиеся под горой маленькими, люди сталкивались, нагоняли друг друга и махали руками или саблями.
Ростов, как на травлю, смотрел на то, что делалось перед ним. Он чутьем чувствовал, что ежели ударить теперь с гусарами на французских драгун, они не устоят; но ежели ударить, то надо было сейчас, сию минуту, иначе будет уже поздно. Он оглянулся вокруг себя. Ротмистр, стоя подле него, точно так же не спускал глаз с кавалерии внизу.
– Андрей Севастьяныч, – сказал Ростов, – ведь мы их сомнем…
– Лихая бы штука, – сказал ротмистр, – а в самом деле…
Ростов, не дослушав его, толкнул лошадь, выскакал вперед эскадрона, и не успел он еще скомандовать движение, как весь эскадрон, испытывавший то же, что и он, тронулся за ним. Ростов сам не знал, как и почему он это сделал. Все это он сделал, как он делал на охоте, не думая, не соображая. Он видел, что драгуны близко, что они скачут, расстроены; он знал, что они не выдержат, он знал, что была только одна минута, которая не воротится, ежели он упустит ее. Пули так возбудительно визжали и свистели вокруг него, лошадь так горячо просилась вперед, что он не мог выдержать. Он тронул лошадь, скомандовал и в то же мгновение, услыхав за собой звук топота своего развернутого эскадрона, на полных рысях, стал спускаться к драгунам под гору. Едва они сошли под гору, как невольно их аллюр рыси перешел в галоп, становившийся все быстрее и быстрее по мере того, как они приближались к своим уланам и скакавшим за ними французским драгунам. Драгуны были близко. Передние, увидав гусар, стали поворачивать назад, задние приостанавливаться. С чувством, с которым он несся наперерез волку, Ростов, выпустив во весь мах своего донца, скакал наперерез расстроенным рядам французских драгун. Один улан остановился, один пеший припал к земле, чтобы его не раздавили, одна лошадь без седока замешалась с гусарами. Почти все французские драгуны скакали назад. Ростов, выбрав себе одного из них на серой лошади, пустился за ним. По дороге он налетел на куст; добрая лошадь перенесла его через него, и, едва справясь на седле, Николай увидал, что он через несколько мгновений догонит того неприятеля, которого он выбрал своей целью. Француз этот, вероятно, офицер – по его мундиру, согнувшись, скакал на своей серой лошади, саблей подгоняя ее. Через мгновенье лошадь Ростова ударила грудью в зад лошади офицера, чуть не сбила ее с ног, и в то же мгновенье Ростов, сам не зная зачем, поднял саблю и ударил ею по французу.
В то же мгновение, как он сделал это, все оживление Ростова вдруг исчезло. Офицер упал не столько от удара саблей, который только слегка разрезал ему руку выше локтя, сколько от толчка лошади и от страха. Ростов, сдержав лошадь, отыскивал глазами своего врага, чтобы увидать, кого он победил. Драгунский французский офицер одной ногой прыгал на земле, другой зацепился в стремени. Он, испуганно щурясь, как будто ожидая всякую секунду нового удара, сморщившись, с выражением ужаса взглянул снизу вверх на Ростова. Лицо его, бледное и забрызганное грязью, белокурое, молодое, с дырочкой на подбородке и светлыми голубыми глазами, было самое не для поля сражения, не вражеское лицо, а самое простое комнатное лицо. Еще прежде, чем Ростов решил, что он с ним будет делать, офицер закричал: «Je me rends!» [Сдаюсь!] Он, торопясь, хотел и не мог выпутать из стремени ногу и, не спуская испуганных голубых глаз, смотрел на Ростова. Подскочившие гусары выпростали ему ногу и посадили его на седло. Гусары с разных сторон возились с драгунами: один был ранен, но, с лицом в крови, не давал своей лошади; другой, обняв гусара, сидел на крупе его лошади; третий взлеаал, поддерживаемый гусаром, на его лошадь. Впереди бежала, стреляя, французская пехота. Гусары торопливо поскакали назад с своими пленными. Ростов скакал назад с другими, испытывая какое то неприятное чувство, сжимавшее ему сердце. Что то неясное, запутанное, чего он никак не мог объяснить себе, открылось ему взятием в плен этого офицера и тем ударом, который он нанес ему.
Граф Остерман Толстой встретил возвращавшихся гусар, подозвал Ростова, благодарил его и сказал, что он представит государю о его молодецком поступке и будет просить для него Георгиевский крест. Когда Ростова потребовали к графу Остерману, он, вспомнив о том, что атака его была начата без приказанья, был вполне убежден, что начальник требует его для того, чтобы наказать его за самовольный поступок. Поэтому лестные слова Остермана и обещание награды должны бы были тем радостнее поразить Ростова; но все то же неприятное, неясное чувство нравственно тошнило ему. «Да что бишь меня мучает? – спросил он себя, отъезжая от генерала. – Ильин? Нет, он цел. Осрамился я чем нибудь? Нет. Все не то! – Что то другое мучило его, как раскаяние. – Да, да, этот французский офицер с дырочкой. И я хорошо помню, как рука моя остановилась, когда я поднял ее».
Ростов увидал отвозимых пленных и поскакал за ними, чтобы посмотреть своего француза с дырочкой на подбородке. Он в своем странном мундире сидел на заводной гусарской лошади и беспокойно оглядывался вокруг себя. Рана его на руке была почти не рана. Он притворно улыбнулся Ростову и помахал ему рукой, в виде приветствия. Ростову все так же было неловко и чего то совестно.
Весь этот и следующий день друзья и товарищи Ростова замечали, что он не скучен, не сердит, но молчалив, задумчив и сосредоточен. Он неохотно пил, старался оставаться один и о чем то все думал.
Ростов все думал об этом своем блестящем подвиге, который, к удивлению его, приобрел ему Георгиевский крест и даже сделал ему репутацию храбреца, – и никак не мог понять чего то. «Так и они еще больше нашего боятся! – думал он. – Так только то и есть всего, то, что называется геройством? И разве я это делал для отечества? И в чем он виноват с своей дырочкой и голубыми глазами? А как он испугался! Он думал, что я убью его. За что ж мне убивать его? У меня рука дрогнула. А мне дали Георгиевский крест. Ничего, ничего не понимаю!»
Но пока Николай перерабатывал в себе эти вопросы и все таки не дал себе ясного отчета в том, что так смутило его, колесо счастья по службе, как это часто бывает, повернулось в его пользу. Его выдвинули вперед после Островненского дела, дали ему батальон гусаров и, когда нужно было употребить храброго офицера, давали ему поручения.


Получив известие о болезни Наташи, графиня, еще не совсем здоровая и слабая, с Петей и со всем домом приехала в Москву, и все семейство Ростовых перебралось от Марьи Дмитриевны в свой дом и совсем поселилось в Москве.
Болезнь Наташи была так серьезна, что, к счастию ее и к счастию родных, мысль о всем том, что было причиной ее болезни, ее поступок и разрыв с женихом перешли на второй план. Она была так больна, что нельзя было думать о том, насколько она была виновата во всем случившемся, тогда как она не ела, не спала, заметно худела, кашляла и была, как давали чувствовать доктора, в опасности. Надо было думать только о том, чтобы помочь ей. Доктора ездили к Наташе и отдельно и консилиумами, говорили много по французски, по немецки и по латыни, осуждали один другого, прописывали самые разнообразные лекарства от всех им известных болезней; но ни одному из них не приходила в голову та простая мысль, что им не может быть известна та болезнь, которой страдала Наташа, как не может быть известна ни одна болезнь, которой одержим живой человек: ибо каждый живой человек имеет свои особенности и всегда имеет особенную и свою новую, сложную, неизвестную медицине болезнь, не болезнь легких, печени, кожи, сердца, нервов и т. д., записанных в медицине, но болезнь, состоящую из одного из бесчисленных соединений в страданиях этих органов. Эта простая мысль не могла приходить докторам (так же, как не может прийти колдуну мысль, что он не может колдовать) потому, что их дело жизни состояло в том, чтобы лечить, потому, что за то они получали деньги, и потому, что на это дело они потратили лучшие годы своей жизни. Но главное – мысль эта не могла прийти докторам потому, что они видели, что они несомненно полезны, и были действительно полезны для всех домашних Ростовых. Они были полезны не потому, что заставляли проглатывать больную большей частью вредные вещества (вред этот был мало чувствителен, потому что вредные вещества давались в малом количестве), но они полезны, необходимы, неизбежны были (причина – почему всегда есть и будут мнимые излечители, ворожеи, гомеопаты и аллопаты) потому, что они удовлетворяли нравственной потребности больной и людей, любящих больную. Они удовлетворяли той вечной человеческой потребности надежды на облегчение, потребности сочувствия и деятельности, которые испытывает человек во время страдания. Они удовлетворяли той вечной, человеческой – заметной в ребенке в самой первобытной форме – потребности потереть то место, которое ушиблено. Ребенок убьется и тотчас же бежит в руки матери, няньки для того, чтобы ему поцеловали и потерли больное место, и ему делается легче, когда больное место потрут или поцелуют. Ребенок не верит, чтобы у сильнейших и мудрейших его не было средств помочь его боли. И надежда на облегчение и выражение сочувствия в то время, как мать трет его шишку, утешают его. Доктора для Наташи были полезны тем, что они целовали и терли бобо, уверяя, что сейчас пройдет, ежели кучер съездит в арбатскую аптеку и возьмет на рубль семь гривен порошков и пилюль в хорошенькой коробочке и ежели порошки эти непременно через два часа, никак не больше и не меньше, будет в отварной воде принимать больная.
Что же бы делали Соня, граф и графиня, как бы они смотрели на слабую, тающую Наташу, ничего не предпринимая, ежели бы не было этих пилюль по часам, питья тепленького, куриной котлетки и всех подробностей жизни, предписанных доктором, соблюдать которые составляло занятие и утешение для окружающих? Чем строже и сложнее были эти правила, тем утешительнее было для окружающих дело. Как бы переносил граф болезнь своей любимой дочери, ежели бы он не знал, что ему стоила тысячи рублей болезнь Наташи и что он не пожалеет еще тысяч, чтобы сделать ей пользу: ежели бы он не знал, что, ежели она не поправится, он не пожалеет еще тысяч и повезет ее за границу и там сделает консилиумы; ежели бы он не имел возможности рассказывать подробности о том, как Метивье и Феллер не поняли, а Фриз понял, и Мудров еще лучше определил болезнь? Что бы делала графиня, ежели бы она не могла иногда ссориться с больной Наташей за то, что она не вполне соблюдает предписаний доктора?
– Эдак никогда не выздоровеешь, – говорила она, за досадой забывая свое горе, – ежели ты не будешь слушаться доктора и не вовремя принимать лекарство! Ведь нельзя шутить этим, когда у тебя может сделаться пневмония, – говорила графиня, и в произношении этого непонятного не для нее одной слова, она уже находила большое утешение. Что бы делала Соня, ежели бы у ней не было радостного сознания того, что она не раздевалась три ночи первое время для того, чтобы быть наготове исполнять в точности все предписания доктора, и что она теперь не спит ночи, для того чтобы не пропустить часы, в которые надо давать маловредные пилюли из золотой коробочки? Даже самой Наташе, которая хотя и говорила, что никакие лекарства не вылечат ее и что все это глупости, – и ей было радостно видеть, что для нее делали так много пожертвований, что ей надо было в известные часы принимать лекарства, и даже ей радостно было то, что она, пренебрегая исполнением предписанного, могла показывать, что она не верит в лечение и не дорожит своей жизнью.
Доктор ездил каждый день, щупал пульс, смотрел язык и, не обращая внимания на ее убитое лицо, шутил с ней. Но зато, когда он выходил в другую комнату, графиня поспешно выходила за ним, и он, принимая серьезный вид и покачивая задумчиво головой, говорил, что, хотя и есть опасность, он надеется на действие этого последнего лекарства, и что надо ждать и посмотреть; что болезнь больше нравственная, но…
Графиня, стараясь скрыть этот поступок от себя и от доктора, всовывала ему в руку золотой и всякий раз с успокоенным сердцем возвращалась к больной.
Признаки болезни Наташи состояли в том, что она мало ела, мало спала, кашляла и никогда не оживлялась. Доктора говорили, что больную нельзя оставлять без медицинской помощи, и поэтому в душном воздухе держали ее в городе. И лето 1812 года Ростовы не уезжали в деревню.