соль Фриделя

соль Фриделя

Имена
Название ИЮПАК Хлороалюминат кальция
Другие имена соль Фриделя Кальций-алюминий хлоргидрат Кальций-алюминий хлоргидроксид Оксихлорид кальция и алюминия
Идентификаторы
Характеристики
Химическая формула	Ca 2 Al(OH) 6 (Cl, OH) · 2 H 2 O
Появление	Белый твердый
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). Y   проверить ( что такое  И Н  ?) Ссылки на инфобоксы

Соль Фриделя — анионообменный минерал, принадлежащий к семейству слоистых двойных гидроксидов (СДГ). Он имеет сродство к таким анионам, как хлорид и йодид, и способен в определенной степени удерживать их в своей кристаллографической структуре.

Состав

Соль Фриделя представляет собой слоистый двойной гидроксид (ЛДГ) общей формулы:

Ca ₂ Al(OH) ₆ (Cl, OH) · 2 H ₂ O

или более подробно для положительно заряженного минерала ЛДГ:

[Ca ₂ Al(OH) ₆ ] ⁺ (Кл ^– , ОЙ ^– ) · 2 Н ₂ О

или путем непосредственного включения молекул воды в слой гидроксида Ca,Al:

[Ca ₂ Al(OH) ₆ · 2 H ₂ O] ⁺ (Кл ^– , ОЙ ^– )

где анионы хлорида и гидроксида занимают промежуточный слой, чтобы компенсировать избыток положительных зарядов.

В обозначениях химика-цементиста (CCN), учитывая, что

2 ОН ⁻ ⇌ ²⁻ + Н ₂ О,

и удвоив всю стехиометрию, это также можно было бы записать в CCN следующим образом:

3CaO Al ₂ O ₃ Ca(O,Cl ₂ ) 11 H ₂ O

Упрощенный химический состав, содержащий только Cl. ^– в прослойке и без ОН ^– , как:

Са ₂ Al(OH) ₆ (Cl) · 2 H ₂ O

можно также записать в обозначениях химика-цементиста как:

3CaO·Al ₂ O ₃ ·CaCl ₂ · 10 H ₂ O

Соль Фриделя образуется в цементах, изначально богатых триалюминатом кальция (С ₃ А). Ионы свободного хлора напрямую связываются с гидратами AFm (C ₄ AH ₁₃ и его производными) с образованием соли Фриделя.

Важность связывания хлоридов в фазах AFm

См. Также: фазы AFm и слоистые двойные гидроксиды.

Соль Фриделя играет основную роль в связывании и удержании анионов хлорида в цементе и бетоне. Однако соль Фриделя остается малоизученной фазой в системе CaO–Al ₂ O ₃ –CaCl ₂ –H ₂ O. Достаточное понимание солевой системы Фриделя необходимо для правильного моделирования реактивного транспорта ионов хлорида в железобетонных конструкциях, подверженных воздействию хлоридов и коррозии стальной арматуры. Также важно оценить долговременную стабильность насыщенных солью растворов на основе портландцемента, которые будут использоваться в инженерных конструкциях, подвергающихся воздействию морской воды или концентрированного рассола, как это происходит при захоронении радиоактивных отходов в глубоких соляных пластах.

Еще одной причиной изучения фаз AFm и системы солей Фриделя является их склонность связывать, улавливать и иммобилизовать токсичные анионы, такие как ) -4 B( OH , SeO ²⁻
₃ и SeO ²⁻
₄ , или долгоживущий радионуклид ¹²⁹ я ⁻ , в цементирующих материалах. Их характеристика важна для определения поглотителей анионов и оценки удерживающей способности цементного буфера и бетонных барьеров, используемых для захоронения радиоактивных отходов.

Сорбция хлоридов и анионный обмен в фазах AFm

См. Также: фазы AFm и слоистые двойные гидроксиды.

Соль Фриделя можно сначала условно представить как фазу AFm, в которой два иона хлорида просто заменили бы один ион сульфата. Это концептуальное представление, основанное на интуитивном представлении о простом стехиометрическом обмене, очень удобно напомнить, но такой простой механизм, скорее всего, не происходит напрямую, и его следует рассматривать с осторожностью:

2 кл. ⁻ + 3CaO·Al ₂ O ₃ ·CaSO ₄ · 11 H ₂ O → 3CaO·Al ₂ O ₃ ·CaCl ₂ · 11 H ₂ O + SO ²⁻
₄

Действительно, реальность оказывается более сложной, чем такой простой стехиометрический обмен между ионами хлорида и сульфата в кристаллической структуре AFm. Фактически, похоже, что ионы хлорида электростатически сорбируются на положительно заряженном [Ca ₂ Al(OH) ₆ · 2H ₂ O] ⁺ слой гидрата AFm или может также обмениваться с ионами гидроксида (OH ^– ) также присутствует в промежуточном слое. Итак, простая и «кажущаяся» реакция обмена, впервые представленная здесь выше для простоты, не соответствует действительности и представляет собой упрощенное представление.

Точно так же соль Кузеля могла образоваться, когда всего лишь 1 Cl ^– ионный обмен с ⁠ 1 / 2 ⁠ SO ²⁻
₄ в AFm (половинное замещение сульфат-ионов):

1 кл ⁻ + 3CaO·Al ₂ O ₃ ·CaSO ₄ · 11 H ₂ O → 3CaO·Al ₂ O ₃ · ⁠ 1 / 2 ⁠ CaSO ₄ · ⁠ 1/2 2 H ⁠ CaCl ₊ · 11 ₂ O ⁠ 1 / 2 ⁠ SO ²⁻
₄

Глассер и др. (1999) предложили назвать эту полузамещенную соль в честь ее первооткрывателя: Ганс-Юрген Кузель .

Однако Месбах и др. (2011) идентифицировали два разных типа прослоек в определенной ими кристаллографической структуре, и это исключает распространенную реакцию анионного обмена, представленную здесь выше, как заявили сами авторы в своих выводах:

Соль Кузеля представляет собой двухстадийное слоистое соединение с двумя отдельными прослойками, которые попеременно заполнены только хлорид-анионами (для одного типа прослойки) и сульфат-анионами и молекулами воды (для другого типа прослойки). Структура соли Кузеля состоит из идеальной интеркаляции структуры соли Фриделя и структуры моносульфоалюмината (двух конечных членов изученного бианионного соединения AFm). Структурные свойства соли Кузеля объясняют отсутствие расширенного замещения хлорида на сульфат или сульфата на хлорид.
Стадийность соли Кузеля, безусловно, объясняет трудности замены хлорида и сульфата: модификация одного вида прослойки влечет за собой модификацию другого вида прослойки с целью сохранения электронейтральности соединения. Двухстадийность соли Кузеля предполагает, что каждая прослойка должна быть моноанионной.

Итак, если глобальный химический состав соли Фриделя и соли Кузеля соответственно хорошо соответствует стехиометрии полного или половинного замещения сульфат-ионов хлорид-ионами в кристаллической структуре AFm, это ничего непосредственно не говорит о точный механизм замещения анионов в этой сложной системе. Только детальные и хорошо контролируемые эксперименты по сорбции хлоридов или анионному обмену с полным анализом всех растворенных веществ, присутствующих в водном растворе (включая OH ^– , уже ⁺ и Ca ²⁺ ионы) могут расшифровать систему.

Открытие

Открытие Фриделем соли относительно трудно проследить по новейшей литературе просто потому, что это древняя находка малоизвестного и ненатурального продукта. Он был синтезирован и идентифицирован в 1897 году Жоржем Фриделем , минералогом и кристаллографом, сыном известного французского химика Шарля Фриделя . Жорж Фридель также синтезировал алюминат кальция (1903 г.) в рамках своих работ по теории Макласа (кристаллов-двойников). Этот момент требует дальнейшей проверки.

Формирование

• Связь с алюминатом трикальция .
• Введение хлорида.
• Твердые решения.

См. также

• Фазы АФм
• Хлоргидрат алюминия
• Цемент
  • Сорельский цемент , смесь общей формулы: Mg ₄ Cl ₂ (OH) ₆
  • Станислас Сорель , французский инженер, создавший новую форму цемента из комбинации оксида и хлорида магния.
• Конкретный
  • Соляной бетон , также известный как сальцбетон.
• Хлористый
• Слоистые двойные гидроксиды
• Алюминат трикальция
• Реакция Фриделя-Крафтса
• Семья Фриделей , богатая родословная французских учёных:
  • Шарль Фридель (1832–1899), французский химик, известный своей реакцией Фриделя-Крафтса.
  • Жорж Фридель (1865–1933), упомянутый выше французский кристаллограф и минералог; сын Чарльза
  • Эдмон Фридель (1895–1972) (1895–1972), французский политехник и горный инженер, основатель BRGM , французской геологической службы; сын Жоржа
  • Фридель Жак (1921–2014), французский физик; сын Эдмона, см. французский сайт Жака Фриделя.

Дальнейшее чтение

• Бай, Дж.; С. Вильд; Б.Б. Сабир (2003). «Поступление хлоридов и потеря прочности в бетоне с различными составами связующего ПК – ПФА – МК под воздействием синтетической морской воды». Исследования цемента и бетона . 33 (3): 353–362. дои : 10.1016/S0008-8846(02)00961-4 .

• Барберон, Ф.; В. Барогель-Буни; Х. Занни; Б. Брессон; Ж. Б. д'Эспиноз де ла Кайери; Л. Малоссе; З. Ган (2005). «Взаимодействие хлоридов и цементно-пастовых материалов» (PDF) . Магнитно-резонансная томография . 23 (2): 267–272. дои : 10.1016/j.mri.2004.11.021 . ПМИД   15833625 .

• Бирнин-Яури, Украина; Ф. П. Глассер (1998). «Соль Фриделя, Ca ₂ Al(OH) ₆ (Cl, OH) · 2H ₂ O: ее твердые растворы и их роль в связывании хлоридов». Исследования цемента и бетона . 28 (12): 1713–1723. дои : 10.1016/S0008-8846(98)00162-8 .

• Боте, Джеймс В.; Пол В. Браун (июнь 2004 г.). «Моделирование PhreeqC солевого равновесия Фриделя при 23 ± 1 ° C». Исследования цемента и бетона . 34 (6): 1057–1063. doi : 10.1016/j.cemconres.2003.11.016 .

• Браун, П.В.; С. Бэджер (2000). «Распределение связанных сульфатов и хлоридов в бетоне, подвергнутом смешанному воздействию NaCl, MgSO ₄ , Na ₂ SO ₄ ». Исследования цемента и бетона . 30 (10): 1535–1542. дои : 10.1016/S0008-8846(00)00386-0 .

• Браун, П.В.; А. Дорр (2000). «Химические изменения в бетоне из-за попадания агрессивных веществ». Исследования цемента и бетона . 30 (3): 411–418. дои : 10.1016/S0008-8846(99)00266-5 .

• Чаттерджи, С. (1995). «О применимости второго закона Фика к миграции ионов хлорида через портландцементный бетон». Исследования цемента и бетона . 25 (2): 299–303. дои : 10.1016/0008-8846(95)00013-5 .

• Чисмадия, Дж.; Г. Балаж; Тамаш Ф.Д. (2001). «Хлорид-ионсвязывающая способность алюмоферритов». Исследования цемента и бетона . 31 (4): 577–588. дои : 10.1016/S0008-8846(01)00458-6 .

• Дусти, А; М. Шекарчи; Р. Ализаде; А. Тахери-мотлах (2011). «Связывание поступивших извне хлоридов в микрокремнеземный бетон в условиях полевого воздействия». Цементно-бетонный композит . 33 (10): 1071–1079. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2011.08.002 .

• Месбах, Адель; Кау-ди-Кум, Селин; Фризон, Фабьен; Леру, Фабрис; Раво, Иоганн; Реноден, Гийом (2011). «Новое расследование Кл. ⁻ –CO_-CO3 ²⁻ замещение в фазах AFm» . Журнал Американского керамического общества . 94 (6): 1901–1910. doi : 10.1111/j.1551-2916.2010.04305.x . ISSN   1551-2916 .

• Месбах, Адель; Кау-ди-Кум, Селин; Реноден, Гийом; Фризон, Фабьен; Леру, Фабрис (1 августа 2012 г.). «Поглощение ионов хлорида и карбоната гидратом моносульфоалюмината кальция» . Исследования цемента и бетона . 42 (8): 1157–1165. doi : 10.1016/j.cemconres.2012.05.012 . ISSN   0008-8846 .

• Месбах, Адель; Рапен, Жан-Филипп; Франсуа, Мишель; Кау-ди-Кум, Селин; Фризон, Фабьен; Леру, Фабрис; Реноден, Гийом (2011). «Кристаллические структуры и фазовый переход цементирующих бианионных AFm-(Cl ⁻ , _СО3 ²⁻ ) соединения» . Журнал Американского керамического общества . 94 (1): 261–268. doi : 10.1111/j.1551-2916.2010.04050.x . ISSN   1551-2916 .

• Мохаммед, ТУ; Х. Хамада (2003). «Связь между свободным хлоридом и общим содержанием хлоридов в бетоне». Исследования цемента и бетона . 33 (9): 1487–1490. дои : 10.1016/S0008-8846(03)00065-6 .

• Накамура, А.; Э. Сакаи; К. Нисидзава; Ю. Оба; М. Даймон (1999). «Сорбция хлорид-иона, сульфат-иона и фосфат-иона в гидратах силиката кальция». Журнал Химического общества : 415–420.

• Нильсен, EP; М. Р. Гейкер (2003). «Диффузия хлоридов в частично насыщенном цементном материале». Исследования цемента и бетона . 33 (1): 133–138. дои : 10.1016/S0008-8846(02)00939-0 .

• Питт, Дж. М.; MC Шлютер; Д.И. Ли; В. Дубберке (1987). Сульфатные примеси от антигололедной соли и долговечность портландцементного раствора . Совет транспортных исследований.

• Редди, Б.; ГК Стекло; Пи Джей Лим; Н. Р. Буэнфельд (2002). «О риске коррозии, которую представляют хлориды, связанные в бетоне». Цемент и бетонные композиты . 24 (1): 1–5. дои : 10.1016/S0958-9465(01)00021-X .

• Сурьяванши, АК; Р. Н. Свами (1998). «Влияние проникающих хлоридов на пористую структуру конструкционного бетона». Цемент, бетон и заполнители . 20 (1): 169–179. дои : 10.1520/CCA10451J .

• Сурьяванши, АК; Джей Ди Скэнтлбери; СБ Лион (1996). «Механизм образования солей Фриделя в цементах, богатых триалюминатом кальция». Исследования цемента и бетона . 26 (5): 717–727. дои : 10.1016/S0008-8846(96)85009-5 .

Внешние ссылки

• Соль Фриделя Ca ₂ Al(OH) ₆ (Cl, OH) · 2H ₂ O: Ее твердые растворы и их роль в связывании хлоридов.
• Глоссарий цементного бетона и терминологии SEM