Wielkości decydujące o strukturze kryształu

Struktura = sieć + baza atomowa

- struktura regularna (a=b=c) (fluoryt, granat, piryt)

- struktura tetragonalna (a=b=/c) (cyrkon)

- struktura rombowa (topaz)

- struktura heksagonalna (korund)

- struktura romboedryczna (turmalin)

- struktura jednoskośna (kuncyt)

- struktura trójskośna (amazonit)

Pełna informacja o strukturze to

- symbol grupy przestrzennej (czyli wszystkie przekształcenia symetrii)

- parametry komórki elementarnej

- współrzędne atomów bazy atomowej

Abstrakcyjne informacje

- liczba węzłów lub atomów w komórce elementarnej

- promień atomowy lub jonowy

- gęstość upakowania

- liczba koordynacyjna

- wielościan koordynacyjny

Promień atomowy lub jonowy

Przybliżenie twardych kul:

w krystalografii zakłada się,

że atomy (jony) są twardymi,

sztywnymi kulami o pewnym

promieniu R, a struktura

krystaliczna jest stabilna

wtedy, gdy atomy będące

najbliżej siebie stykają się.

• Jest to przybliżenie!

Liczba koordynacyjna

Liczba najbliższych sąsiadów

Na przykład, w strukturze

bcc liczba koordynacyjna

wynosi: 8

Wielościan koordynacyjny

• Wielościan, w którego środku

znajduje się dany atom (jon), a w

wierzchołkach atomy (jony)

sąsiednie, w danym kierunku

najbliższe.

Promień jonowy, liczba i wielościan

koordynacyjny

• Promień jonowy, liczba i wielościan

koordynacyjny są ze sobą wzajemnie związane i

zależą od siebie.

Gęstość upakowania komórki

elementarnej

• Stosunek objętości zajętej przez atomy zawarte

w komórce elementarnej do jej objętości.

V komórki / V atomów

Kaolinit – bardzo pospolity i szeroko rozpowszechniony minerał z gromady krzemianów, zaliczany do minerałów ilastych (grupa kaolinitu).

Właściwości

Tworzy małe kryształy o pokroju tabliczkowym, blaszkowym - blaszki heksagonalne; zrosty robakowate. Przeważnie występuje w skupieniach ziemistych; zbitych i skrytokrystalicznych. Jego monomineralne nagromadzenia tworzą skałę zwaną kaolinem. Jest giętki, miękki, przeświecający. Agregaty kaolinitu rozcierają się w palcach; w dotyku dają wrażenie suchych i nieco tłustych, czasami szorstkich bądź śliskich.

Kaolinit sam nie jest ogniotrwały, tracąc bowiem wodę w stosunkowo niskiej temperaturze przestaje być już kaolinitem. Jednym z produktów jego rozpadu jest mullit - minerał, który w skorupie ziemskiej znaleziono tylko raz (na wyspie Mull u wybrzeży Szkocji), natomiast w produktach ceramicznych powstający bardzo często. Mullit jest minerałem wytrzymującym temperatury do 1800 stopni C.

Kaolinit jest składnikiem kaolinu, miękkiej plastycznej skały, jednego z najważniejszych surowców ceramiki szlachetnej. Kaolin stosuje się w stanie surowym lub uszlachetnionym. Na jego przydatność wpływa biała barwa, drobnokrystaliczność, zdolność do przechodzenia w stan zawiesiny, niska twardość, obojętność chemiczna, powszechność występowania i niska cena surowca. Kaolin stanowi 40 - 65% masy do produkcji porcelany, fajansu, szamotowych materiałów ogniotrwałych oraz jako wypełniacz do papieru i gumy.

Zastosowanie

• Podstawowy surowiec przemysłu ceramiki szlachetnej (porcelana, porcelit, fajans)

• do produkcji materiałów izolacyjnych i ogniotrwałych,

• używany do produkcji gumy, papieru, farb, kosmetyków,

• znajduje zastosowanie w medycynie.

• w przemyśle farmaceutycznym używa się go jako adsorbentu i masy wypełniającej, ma jednocześnie właściwości wiązania kwasów, buforowania odczynu i stabilizowania emulsji.

Właściwości chemiczne i fizyczne

Skład chemiczny zasadowy krzemian glinu
(Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈)

Twardość w skali Mohsa 2–2,5

Przełam praktycznie niewidoczny Łupliwość doskonała, jednokierunkowa

Pokrój kryształu łuseczkowy, płytkowy

Układ krystalograficzny trójskośny lub jednoskośny

Gęstość minerału 2,58 – 2,61 g/cm³

Właściwości optyczne

Barwa biały, zielony, szary, żółtawy, brunatny

Rysa biała

Połysk matowy, perłowy, tłusty

Złocenie chemiczne

Chemicznie czyste powłoki złote osadzać można metodą bezprądową. Historia bezprądowego (chemicznego) złocenia jest bardzo stara, sięga pierwszej połowy XIX wieku, jednak osadzanie grubszych powłok bez stosowania zewnętrznego źródła prądu, znane jest dopiero od kilkudziesięciu lat. Bezprądowo (chemiczne) osadzać można powłoki złote na drodze: reakcji wymiany, kontaktowej, katalitycznej. Osadzanie złota w wyniku reakcji wymiany Osadzanie powłok złotych na drodze reakcji wymiany jest najstarszą ze znanych metod złocenia bezprądowego. Proces ten opiera się na znanym zjawisku wypierania z roztworu metali bardziej szlachetnych przez metale mniej szlachetne. Podstawowym warunkiem prawidłowego przebiegu procesu osadzania powłok złotych na drodze reakcji wymiany jest to, aby wymiana metali mogła odbywać się tylko na powierzchni metalu podłoża (powierzchni złoconego przedmiotu) i aby wymiana ta przebiegała z ograniczoną szybkością, gwarantującą prawidłowe uformowanie się powłoki złotej. Technicznie dobrej jakości powłoki złote osadzone w wyniku reakcji wymiany, otrzymać można jedynie wówczas, gdy: roztwór do ich wydzielania będzie rozpuszczał metal podłoża, jednak w taki sposób, że nie będą powstawały przy tym nierozpuszczalne sole i tlenki tego metalu, ani inne produkty uboczne, które mogłyby zakłócić wymianę jonową, reakcja roztworu z metalem podłoża nie może przebiegać zbyt gwałtownie, ponieważ wtedy nie wykształci się na jego powierzchni jednolita, zwarta powłoka złota o żądanej (określonej) strukturze. W związku z tym proces osadzania złota na drodze reakcji wymiany przebiegać będzie prawidłowo wówczas, gdy różnica potencjałów normalnych (standardowych) złota i metalu podłoża nie będzie zbyt duża. W przeciwnym przypadku (przy metalach podłoża charakteryzujących się bardziej ujemną wartością potencjału normalnego) reakcja wymiany przebiegać będzie w sposób spontaniczny, jak to ma miejsce na przykład, gdy do kąpieli do złocenia wprowadzi się cynk lub aluminium, tj. metale wykazujące stosunkowo dużą skłonność do tworzenia jonów (im bardziej elektroujemnym potencjałem charakteryzuje się dany metal, tym większa jest jego skłonność do przechodzenia w stan jonowy). Do osadzania powłok złotych na drodze reakcji wymiany, na podłożu miedzianym, stosować można kąpiel o następującym składzie: Złoto, w postaci K[AuCN)2] 4 g/dm³ Cyjanek sodu, NaCN 25 g/dm³ Wodorofosforan (hydrat diwodorofosforanu(V)) sodu, NaH2PO4.H2O 45 g/dm³ Kąpiel ta pracuje w temperaturze około 80°C, przy wyższych temperaturach wydzielane powłoki przybierają odcień bladożółty. Wkrótce po zastosowaniu w praktyce cytrynianowych kąpieli do złocenia galwanicznego (połowa lat pięćdziesiątych), opracowano również cytrynianowe kąpiele do bezprądowego złocenia na drodze reakcji wymiany. Kąpiele te w zależności od rodzaju pokrywanego metalu, pracować mogą w szerokim zakresie pH, od 6 (przy pokrywaniu niklu) do 13 (przy pokrywaniu wolframu). Przykładem może być kąpiel o składzie: Cyjanozłocin (dicyjanozłocian(I)) potasu, K[Au(CN)2] 5 g/dm³ Cytrynian amonu, (NH4)3C6H5O7 20 g/dm³ Wersenian amonu, edta(NH4)2 25 g/dm³ Temperatura 90°C Dobre wyniki złocenia w tej kąpieli uzyskuje się zwłaszcza wtedy, gdy przeznaczone do złocenia przedmioty pokryje się uprzednio powłoką niklową nałożoną bezprądowo (w przeciwieństwie do prostych kąpieli cyjankowych, bezpośrednie złocenie w kąpieli cytrynianowej przedmiotów z miedzi i jej stopów napotyka na trudności). Wartość pH kąpieli w omawianym przypadku powinna mieścić się w granicach 6-8. Przed dekoracyjnym złoceniem drobnych przedmiotów w aparatach obrotowych (na przykład w bębnie) dobrze jest przedmioty te uprzednio poniklować z połyskiem. Podwarstwa niklowa nałożona na przedmioty miedziane czy stalowe nie tylko zabezpiecza je przed korozją (zewnętrzna warstewka jest bardzo cienka), ale nadaje im również atrakcyjny wygląd (warstewka złota odzwierciedla dokładnie połysk podłoża niklowego). Osadzona w omawianej kąpieli powłoka złota barwą swą odpowiada złotu 24-karatowemu. W porównaniu z galwanicznie wytworzonymi powłokami czystego złota, wydzielane chemicznie pokrycia są bardziej szczelne (przy tej samej grubości) i mimo bardzo cienkiej warstwy (co związane jest z zasadą wydzielania tych powłok), stosuje się je niekiedy w celach dekoracyjnych. W uzasadnionych przypadkach, dla zabezpieczenia powłoki złotej przed szybkim przetarciem, stosuje się dodatkowe lakierowanie pozłoconych przedmiotów. Osadzanie powłok złotych na drodze kontaktowej Osadzanie złota na drodze kontaktowej jest w istocie pokrywaniem galwanicznym, przy czym źródłem prądu w tym przypadku jest nie prostownik, prądnica czy akumulator, lecz ogniwo galwaniczne powstające w wyniku zanurzenia w roztworze dwóch metali stykających się ze sobą. Przedmiot pokrywany jest wtedy katodą i pokrywa się złotem, którego jony znajdują się w roztworze, zaś drugi - z zasady cynk - stanowi anodę i rozpuszcza się przechodząc w stan jonowy. Warunkiem osadzania się powłoki złotej na przedmiocie jest jego kontakt w roztworze z anodą cynkową. Praktycznie, celem uzyskania stabilności procesu, oba te obszary - anodowy i katodowy - rozdziela się porowatą diafragmą, przy czym jako anolitu używa się roztworu soli kuchennej, a jako katolitu - kąpieli na przykład o składzie: Złoto, w postaci K[AuCN)2] 1,2 g/dm³ Żelazocyjanek (3-hydrat heksacyjanożelazianu(II)) potasu, K4[Fe(CN)6].3H2O 15 g/dm³ Wodorofosforan (hydrat wodorofosforanu(V)) sodu, Na2HPO4 7,5 g/dm³ Węglan sodu, Na2CO3 4,0 g/dm³ Siarczyn (siarczan(V)) sodu, Na2SO3 0,15 g/dm³ Kontakt między obu elektrodami można zapewnić poprzez ich zwarcie prętem metalowym (na zewnątrz naczynia). Temperaturę kąpieli należy utrzymywać przy 70°C. Roztwór należy ponadto uzupełniać okresowo złotem (w postaci dicyjanozłocianu(I) potasu) w miarę jego ubywania z kąpieli. Powłoki złote otrzymywane metodą kontaktową są bardzo szczelne i równomierne. Osadzanie złota na drodze katalitycznej Powłoki złote, w przeciwieństwie do powłok srebrnych, można osadzać również katalitycznie. Katalityczne pokrywanie złotem przez redukcję chemiczną odbywa się bez stosowania zewnętrznego źródła prądu elektrycznego, przy czym czynnikiem powodującym przejście metalu z postaci związanej w postać metaliczną jest substancja chemiczna o właściwościach redukujących. W charakterze soli metalu podstawowego przy złoceniu przez redukcję chemiczną stosuje się związki kompleksowe. W zależności od trwałości tych związków kompleksowych, a także potencjału redukcyjnego reduktora, pokrywanie odbywa się z mniejszą lub większą szybkością (oczywiście odgrywają w tym procesie rolę również i inne czynniki, jak np. pH kąpieli, wzajemny stosunek stężeń metalu i reduktora w roztworze oraz temperatura kąpieli). Podczas pokrywania katalitycznego skład kąpieli, tj. rodzaj i stężenie związku metalu, którym zamierza się pokrywać oraz rodzaj i stężenie reduktora (jak również i innych składników pomocniczych) jest tak dobrany, że po sporządzeniu kąpieli nie zachodzi samoczynnie reakcja redukcji nawet w podwyższonej temperaturze. Rozpoczyna się ona dopiero w momencie, gdy kąpiel zetknie się z katalizatorem, przy czym redukcja zachodzi tylko na jego powierzchni. Katalizatorem takim jest z reguły metal, z którego wykonano pokrywany przedmiot. Warunkiem jednak koniecznym, aby proces osadzania się metalu przebiegł aż do osiągnięcia żądanej grubości pokrycia jest to, aby reakcję redukcji katalizował również metal osadzany (reakcja autokatalityczna). Do bezprądowego osadzania złota (na drodze katalitycznej) stosować można kąpiel o następującym składzie: Złoto, w postaci K[Au(CN)2] 2-4 g/dm³ Kwas cytrynowy, HOC(CH2COOH)2COOH 50 g/dm³ Chlorek amonu, NH4Cl 75 g/dm³ Podfosforyn (fosfinian) sodu, NaH2PO2.H2O 10 g/dm³ Temperatura 92-96°C Osadzanie powłoki złotej w tej kąpieli odbywa się bez użycia zewnętrznego źródła prądu elektrycznego i następuje w wyniku redukcji złota wodorem in statu nascendi (w stanie powstawania). Mechanizm katalitycznego złocenia nie jest dokładnie znane. Istnieje szereg hipotez próbujących wyjaśnić ten mechanizm. Najprawdopodobniej podczas pokrywania zachodzą następujące reakcje: H2PO4^- + H2O → H^+ + HPO3^2- + 2H Au^+ + H → Au + H^+ Reakcja pierwsza dostarcza reduktora, tj. wodoru in statu nascendi , reakcja druga jest reakcją redukcji złota z postaci jonowej do atomowej. Proces bezprądowego złocenia w omawianej kąpieli ma charakter katalityczny, tj. redukcja przebiega tylko w styczności z katalizatorem. Katalizatorami tej reakcji są metale grupy żelaza, tzn. żelazo, kobalt oraz nikiel. Osadzone bezprądowo w procesie katalitycznym powłoki złote charakteryzują się: mikrotwardością rzędu µHV10 = 100, czystością chemiczną rzędu 99,99%, bezpostaciową strukturą zanikiem porowatości przy grubości pokrycia powyżej 0,5 mikrometra. Katalityczne złocenie nie może być jednak stosowane na szeroką skalę w procesie produkcyjnym. Przede wszystkim dlatego, że proces ten nie jest termodynamicznie stabilny (w czasie jego trwania zmienia się stężenie metalu podstawowego, stężenie reduktora, a także wartość pH kąpieli. Ponadto ma on szereg wad, z których należało by wymienić: małą szybkość osadzania powłok złotych, nie przekraczającą w optymalnych warunkach 5-6 µm/godz. Szybkość ta poza tym nie jest wprost proporcjonalna do czasu osadzania (jak obserwuje się to w procesach galwanicznych), ale maleje w czasie trwania procesu złocenia, krótką żywotność kąpieli i jej wrażliwość na zanieczyszczenia, zwłaszcza metalami obcymi. Nawet obecność niewielkich ilości jonów takich metali, jak miedź, żelazo czy nikiel, może być przyczyną wyraźnego obniżenia się szybkości osadzania, a nawet całkowitego zahamowania procesu złocenia, bardzo wąski zakres parametrów pracy, zwłaszcza pH i temperatury kąpieli. Ze wzrostem pH kąpieli o podanym składzie, maleje w wyraźnym stopniu szybkość osadzania złota. W omawianym typie kąpieli również temperatura pracy w wyraźnym stopniu wpływa na szybkość osadzania powłoki złotej. Przy lekkim mieszaniu kąpieli uzyskuje się wtedy, na przykład w temp. 91°C - 2,3µm, a w temp. 94,5°C - 4,8 µm w ciągu godziny. W literaturze fachowej opisano szereg receptur kąpieli do katalitycznego złocenia, w których zastosowano zamiast fosfinianu sodu inny reduktor chemiczny. Jako reduktor chemiczny stosować można na przykład hydrazynę (N2H4), lub jej sole, tiomocznik (H2NCSNH2) oraz borowodorek potasu (KBH4). Ten ostatni związek, obok fosfinianu sodu jest najczęściej stosowanym reduktorem chemicznym w procesie bezprądowego (katalitycznego) złocenia.

Pasywacja – proces chemiczny lub elektrochemiczny polegający na przeprowadzaniu substancji chemicznych (najczęściej metali) w stan, w którym są one odporne na działanie czynników chemicznych (stan pasywny). Proces ten polega na pokrywaniu metalu cienką, ale szczelną warstwą tlenku lub soli.

Przykłady czynników pasywujących:

• Kwasy:

  • stężony kwas azotowy pasywuje chrom tlenkiem chromu(III)

  • rozcieńczony kwas chlorowodorowy pasywuje ołów chlorkiem ołowiu(II)

• Tlen pasywuje glin tlenkiem glinu

• Fluor pasywuje nikiel fluorkiem niklu(II)

• Wilgotne zanieczyszczone powietrze pasywuje miedź patyną

Skrobia – węglowodan, polisacharyd roślinny, składający się wyłącznie z merów glukozy połączonych wiązaniami α-glikozydowymi, pełniący w roślinach rolę magazynu energii.

krochmal Monomery D-glukoza (C₆H₁₂O₆)

Czysta skrobia jest białą, semikrystaliczną substancją bez smaku i zapachu, nierozpuszczalną w zimnej wodzie, z gorącą tworzącą kleik skrobiowy. Skrobia hydrolizuje wyłącznie na α-D-glukozę, lecz nie jest jednorodnym chemicznie związkiem – składa się w rzeczywistości z dwóch frakcji^[2][3]:

Skrobia i niektóre jej pochodne (skrobie modyfikowane np. estry, produkty degradacji, utlenienia i częściowej hydrolizy) mają zastosowanie w przemyśle włókienniczym, farmaceutycznym, kosmetycznym, papierniczym, tekstylnym oraz do produkcji klejów.

Modyfikowana skrobia jest polimerem biodegradowalnym. Są to tworzywa sztuczne powstałe w procesie polimeryzacji mające właściwość biodegradacji czyli rozkładu biologicznego. Polimery w pełni biodegradowalne są całkowicie przetwarzane przez mikroorganizmy na dwutlenek węgla, wodę i humus. Polimer uważa się za biodegradowalny jeśli w całości ulega rozkładowi przez bakterie w glebie lub w wodzie w ciągu 6 miesięcy. Polimery biodegradowalne mogą być rozkładane w środowisku przez mikroorganizmy takie jak bakterie i grzyby. W wielu przypadkach produktami rozkładu są dwutlenek węgla i woda.

Skrobia i celuloza roślinna to bio-materiały przyszłości. W wielu wypadkach nie da się wyeliminować tworzyw sztucznych z codziennego życia, są np. doskonałymi izolatorami i mają świetne własności konstrukcyjne, ale ponad połowa z nich jest wykorzystywana do pakowania produktów, których użycie jest jednorazowe.

Klajster z mąki, kisiel, krochmalenie bielizny to tylko niektóre sposoby wykorzystania własności skrobi na co dzień, ale już w warunkach laboratorium szkolnego można otrzymać tworzywo ze skrobi zawartej w ziarnach kukurydzy czy ryżu. Aby takie tworzywo mogło zostać wykorzystane na skalę przemysłową, wyjściowe własności musiały zostać dopracowane. Skrobia ma złożoną budowę molekularną - powłoki z kleju skrobiowego nie można ciąć, formować i jest ona prawie natychmiast „zjadana” przez mikroorganizmy. Bazę strukturalną tworzywa skrobiowego, produkowanego na skalę przemysłową – naturalny monomer, stanowią włókna naturalne (stanowiące ok. 40- 50% wagi wszystkich roślin zbożowych) występujące w nich w postaci celulozy i ligniny, ale przy okazji wykorzystywane są właściwości wzmacniające innego składnika ziaren kukurydzy – białka roślinnego ( 5-10% tzw. masy suchej). Innym rozwiązaniem jest tworzenie skrobiowych powłok półnaturalnych poprzez dodanie alkoholu winylowego, gliceryny i stearyny. W Australii prawdopodobnie właśnie taki skład będą miały torby w supermarketach. Ostatnio okazało się, że można zrobić plastik z cukru. Jedna z wielkich cukrowni w Alzacji wprowadziła plastik na bazie sacharozy zawartej w burakach cukrowych. W produkcji tego tworzywa dużą rolę odgrywają pewne szczepy bakterii, które powodują fermentację cukru. Glukozę i kwas mlekowy, który powstaje w wyniku ich oddziaływania można poddać procesowi polimeryzacji, co zostało wykorzystane do produkcji tworzywa z buraka cukrowego.

Wykorzystanie tworzyw biodegradowalnych znajdzie niewątpliwie zastosowanie w rolnictwie, gdzie co roku setki kilometrów folii polietylenowej używa się do upraw np. w tunelach. Po zakończonej eksploatacji staną się one po prostu kompostem. Ale zastosowanie może być bardzo szerokie. Japońska firma Fujitsu wypuściła już na rynek linię laptopów, których obudowa częściowo wykonana jest ze skrobi.