Сколько в кубе газосиликатных блоков 600х300х200 мм

Случается ситуация, когда необходимо рассчитать сколько газобетонных блоков того или иного размера содержится в кубометре (кубе, кубическом метре, м3), а под рукой нет интернета с онлайн-калькуляторами и расчетными таблицами.
Для примера давайте выясним сколько в кубе содержится штук газосиликатного блока наиболее популярного размера 600х300х200 мм. В таком случае всего несколько простых математических действий поможет вам получить необходимые данные.

Действие №1

Сводим все размеры газоблока (длина, ширина, высота) к метрам. Т. е. если размер блока указан в миллиметрах (600х300х200) делим каждый показатель на 1000. Если же габариты указаны в сантиметрах (60х20х30) — делим, соответственно, на 10. Таким образом получаем размер газосиликатного блока в метрах — т. е. 0,6х0,3х0,2 м.

Действие №2

Далее нам нужно выяснить объем одного изделия. Для этого перемножаем последовательно все стороны блока и получаем результат 0,6х0,3х0,2 = 0,036 м3.

Действие №3

Делим единицу (1 кубометр) на полученное значение (0,036) и получаем 27,7 штук — именно столько газобетонных блоков 600x200x300 мм содержится в кубе.

Таким же образом мы можем рассчитать количество газоблоков любого размера. В нижеприведенной таблице содержатся готовые расчеты для блоков наиболее популярных размеров, заодно вы сможете узнать нормы загрузки автотранспорта.

А наш калькулятор газобетона позволит вам выполнить расчеты с учетом различных параметров, таких как этажность, габариты проемов, толщина стен и наличие перегородок.

Размеры газоблоков	Штук в кубе	Кубов в машине
600х200х300 мм	27,77	32,4/28,8/25,2
600х250х50 мм	133,33	31,68
600х250х75 мм	88,88	32,4/28,8/25,2
600х250х100 мм	66,66	32,4/28,8/25,2
600х250х150 мм	44,44	32,4/28,8/25,2
600х250х200 мм	33,33	32,4/32,64/28,8
600х250х250 мм	26,66	32,4/28,8/25,2
600х250х300 мм	22,22	32,4/28,8/25,2
600х250х375 мм	17,77	32,4/28,8/25,2
600х250х400 мм	16,66	32,64/32/25,2
600х250х500 мм	13,33	32,4/28,8/25,2

Сколько газосиликатных блоков в кубе (1м3)

С развитием строительных технологий на рынке появились изделия из ячеистых бетонов, которым характерна небольшая масса и значительный объём, если сравнивать с кирпичом. При составлении проекта дома существует необходимость в подсчёте строительных материалов, вот тогда и может возникнуть вопрос о количестве газосиликатных блоков в кубическом метре (1м³). Это связано с тем, что стоимость материала может указываться за 1 м³.

Как посчитать количество газосиликатных блоков в кубе

Как известно подобные величины должны находиться в специальных таблицах, но если подобной информации нет под рукой, то количество материала можно подсчитать и самостоятельно – это будет зависеть от основных размеров изделия. На данный момент основным габаритом газосиликатных блоков считается размерность 60×30×20 сантиметров. Если учесть, что в одном кубическом метре будет 100×100×100 = 1000000 см³, то в такой единице объёма поместится следующее количество материалов 1000000/36000 = 28 штук. Величина 36000 см

3 указывает на объём одного изделия, её получают путём умножения размерностей всех сторон 60×30×20.

Кроме газосиликатных блоков, которые используются для возведения основных стен можно использовать материалы меньшей ширины (для перегородок). Их количество на куб кладки тоже можно посчитать по подобной формуле, но если толщина материала будет вдвое меньше указанной выше, то и объём будет меньшим ровно в столько же. Следовательно, на кубический метр получится не 28, а 56 штук блоков.

Часто при возведении стен из крупноблочных материалов используют расчёт конструктивных элементов не по объёму, а по площади стены, ведь такие изделия укладываются на ширину одного экземпляра. Если известна общая площадь несущих стен здания и перегородок можно легко подсчитать необходимость в рассматриваемых стройматериалах. Например, при использовании стандартного размера газосиликатного блока необходимо узнать площадь его боковой стороны 60×30 = 1800 см²

. Следовательно на 1 м² площади получится 100×100/1800 = 5 штук таких блоков. Если же их положить на ребро, то площадь поверхности одного материала будет 20×60 = 1200 см², следовательно в одном квадратном метре площади получится 10000/1200 = 8 таких изделий. 

Сколько газосиликатных блоков в кубе, сколько блоков в метре

Итак, если вы уже определились с материалом для кладки стен или еще обдумываете этот вопрос, вам необходимо предварительно представлять затраты, которые вы понесете для приобретения материалов.

Для этого нужно рассчитать необходимое количество блоков не только поштучно, но и в кубических метрах (м3), т.к. чаще всего стоимость блоков идет в расчете за один кубический метр. Оптимальным для расчета является знание следующих величин для выбранных вами блоков:

• сколько штук газосиликатных блоков в кубе (в одном кубическом метре) кладки;
• объем блока в кладке;
• сколько штук блоков в одном квадратном метре (м2) кладки;
• площадь одного блока в кладке.

Подробное описание расчета количества блоков для вашего дома на основе проекта или предварительного плана вы найдете в статье «Как рассчитать: сколько блоков нужно на дом?» .

Но прежде всего нужно определиться с геометрическими размерами выбранных вами блоков. т.к. в зависимости от производителя и от выпускаемого им ассортимента стеновых или перегородочных блоков  эти размеры сильно разнятся, что часто приводит к затруднениям при расчете необходимого количества материала для кладки стен.

 Например, вы выбрали газосиликатный блок размером: 200мм х 300мм х 600мм или, если переведем размер в мм в метры (в одном метре — 1000 мм): 0,2м х 0,3м х 0,6м.

Рассчитаем, сколько газосиликатных блоков в одном кубе и объем одного блока

• Для вычисления объема одного блока перемножим длины всех сторон:  0,2м * 0,3м * 0,6м. = 0,036 куб.м;

• Один куб (кубический метр) — куб со сторонами 1м х 1м х 1 м;

•  Объем куба равен:  1м х 1м х 1 м = 1 куб.м.;

• Делим 1 куб.м. на объем одного блока: 1 куб.м / 0,036 куб.м/шт. = 27,8 шт. блоков размером 200мм х 300мм х 600мм в одном кубе.

Рассчитаем, сколько блоков в одном квадратном метре кладки и площадь одного блока

•  Площадь одного блока можно рассчитать, перемножая любые две стороны, например: 0,3м * 0,6м = 0, 18 кв.м или 0,2м * 0,6м = 0, 12 кв.м.;

• Количество блоков в одном квадратном метре можно рассчитать, разделив 1 кв.м. на площадь 1 блока, например: 1 кв.м./ 0, 12 кв.м. =  8,3 блока или 1 кв.м. / 0, 18 кв.м. = 5,6 блоков.

 Мы свели наиболее популярные типоразмеры блоков в одну таблицу, в которой вы найдете информацию, необходимую для проведения дальнейших расчетов. Если вы не найдете каких-либо размеров, можно для предварительного расчета воспользоваться наиболее подходящими к вашему выбору.

Например, в Новосибирске выпускаются блоки для кладки стен размером 198х295х598. Такие размеры блоков не представлены в нашей таблице, но для предварительных расчетов можно воспользоваться результатами расчетов для блока размером 200х300х600 (300х200х600).

Как пользоваться таблицей? Например, вы остановили свой выбор на газосиликатных блоках размером 300х200х600.

Воспользуемся Таблицей 1:

• при кладке несущих стен блок будем класть таким образом, чтобы ширина стены составила 300мм, соответственно высота блока — 200мм. Тогда для кладки стены площадью 1 м2 потребуется — данные берем из таблицы — 8,3 шт. блоков. Здесь не нужно округлять значение до целого, иначе для подсчета больших площадей возможны и большие погрешности.   Если общая площадь стен вашего дома с учетом оконных и дверных проемов составляет 100 кв.м., тогда 100  Х 8,3 = 830 шт.;

• из той же таблицы берем количество блоков в кубе — 27,8. Затем 830 : 27,8 = 29,87 или с округлением до целого — 30 кубов блоков необходимо;

• проверяем расчет следующим образом: толщина стены — 0,3 м, площадь стен — 100 кв.т, тогда 100 Х 0,3 = 30 куб.м. блоков потребуется для кладки стены толщиной 0,3 м и общей площадью 100 кв.м.

Размер блока: длина — 600 мм, ширина — 200 мм                                   Таблица 1

Размеры блока, ВхШхД, мм	Объем блока, В*Ш*Д, куб.м.	Кол-во блоков в куб.м.,  шт.	Площадь блока при В*Д, кв.м.	Кол-во блоков в 1 кв.м. при В*Д, шт.	Площадь блока при Ш*Д, кв.м.	Кол-во блоков в 1 кв.м. при Ш*Д, шт.
50х200х600	0,01	166,7	0,03	33,3	0,12	8,3
75х200х600	0,01	111,1	0,05	22,2
100х200х600	0,01	83,3	0,06	16,7
125х200х600	0,02	66,7	0,08	13,3
150х200х600	0,02	55,6	0,09	11,1
175х200х600	0,02	47,6	0,11	9,5
250х200х600	0,03	33,3	0,15	6,7
300х200х600	0,04	27,8	0,18	5,6
375х200х600	0,05	22,2	0,23	4,4
400х200х600	0,05	20,8	0,24	4,2
500х200х600	0,06	16,7	0,30	3,3

Размер блока: длина — 600 мм, ширина — 250 мм                                   Таблица 2

Размеры блока, ВхШхД, мм	Объем блока, В*Ш*Д, куб.м.	Кол-во блоков в куб.м.,  шт.	Площадь блока при В*Д, кв.м.	Кол-во блоков в 1 кв.м. при В*Д, шт.	Площадь блока при Ш*Д, кв.м.	Кол-во блоков в 1 кв.м. при Ш*Д, шт.
50х250х600	0,01	133,3	0,03	33,3	0,15	6,7
75х250х600	0,01	88,9	0,05	22,2
100х250х600	0,02	66,7	0,06	16,7
125х250х600	0,02	53,3	0,08	13,3
150х250х600	0,02	44,4	0,09	11,1
175х250х600	0,03	38,1	0,11	9,5
200х250х600	0,03	33,3	0,12	8,3
300х250х600	0,05	22,2	0,18	5,6
375х250х600	0,06	17,8	0,23	4,4
400х250х600	0,06	16,7	0,24	4,2
500х250х600	0,08	13,3	0,30	3,3

Размер блока: длина — 625 мм, ширина — 200 мм                                   Таблица 3

Размеры блока, ВхШхД, мм	Объем блока, В*Ш*Д, куб.м.	Кол-во блоков в куб.м.,  шт.	Площадь блока при В*Д, кв.м.	Кол-во блоков в 1 кв.м. при В*Д, шт.	Площадь блока при Ш*Д, кв.м.	Кол-во блоков в 1 кв.м. при Ш*Д, шт.
50х200х625	0,01	160,7	0,03	32,0	0,13	8,0
75х200х625	0,01	106,7	0,05	21,3
100х200х625	0,01	80,0	0,06	16,0
125х200х625	0,02	64,0	0,08	12,8
150х200х625	0,02	55,3	0,09	10,7
175х200х625	0,02	45,7	0,11	9,1
250х200х625	0,03	32,0	0,16	6,4
300х200х625	0,04	26,7	0,19	5,3
375х200х625	0,05	21,3	0,23	4,3
400х200х625	0,05	20,0	0,25	4,0
500х200х625	0,06	16,0	0,31	3,2

Размер блока: длина — 625 мм, ширина — 250 мм                                   Таблица 4

Размеры блока, ВхШхД, мм	Объем блока, В*Ш*Д, куб.м.	Кол-во блоков в куб.м.,  шт.	Площадь блока при В*Д, кв.м.	Кол-во блоков в 1 кв.м. при В*Д, шт.	Площадь блока при Ш*Д, кв.м.	Кол-во блоков в 1 кв.м. при Ш*Д, шт.
50х250х625	0,01	128,0	0,03	32,0	0,16	6,4
75х250х625	0,01	85,3	0,05	21,3
100х250х625	0,02	64,0	0,06	16,0
125х250х625	0,02	51,2	0,08	12,8
150х250х625	0,02	42,7	0,09	10,7
175х250х625	0,03	36,6	0,11	9,1
200х250х625	0,03	32,0	0,13	8,0
300х250х625	0,05	21,3	0,19	5,3
375х250х625	0,06	17,1	0,23	4,3
400х250х625	0,06	16,0	0,25	4,0
500х250х625	0,08	12,8	0,31	3,2

Теперь, зная как использовать данные из представленных таблиц, вы можете правильно и быстро рассчитать, какое количество блоков для несущих стен и перегородок вам понадобится для строительства загородного дома.

Это точно Вас заинтересует:

Сколько в одном кубе штук, газосиликатных блоков стеновых и перегородочных

Строительство любого капитального сооружения из формового материала начинается с решения такой сложной задачи, как подсчет сколько в кубе газосиликатных блоков. Так, например, для постройки дома понадобятся не только стеновые, но также перегородочные блоки, имеющие отличительные размерные и весовые особенности. Для определения достоверного результата необходимо подсчитывать количество каждой позиции в индивидуальном порядке.

Среднее количество в 1 кубе газосиликатных блоков стеновых стандартных размеров и весовых показателей, предусмотренных государственным стандартом, составляет:

Размеры блока, мм	Форма, ровный и пазогребневый	Кол-во блоков, в м3 / шт.
200:250:625	р	32
250:250:625	р	25,6
250:250:625	п	25,6
300:250:625	р	21,3
300:250:625	п	21,3
375:250:625	р	17
375:250:625	п	17
500:250:625	р	12,8
200:250:625	р	32
200:250:625	п	32
250:250:625	р	25,6
250:250:625	п	25,6
300:250:625	р	21,3
300:250:625	п	21,3
375:250:625	р	17
375:250:625	п	17
400(+100) :250:625	р	16
400(+125+175) :250:625	р	16
400(+150) :250:625	р	16
400(+200+100) :250:625	р	16
400(+300) :250:625	р	16
500:250:625	р	12,8

Перед тем, как посчитать количество материала для стен дома из блоков 200мм : 300мм : 600мм (в метровом эквиваленте 0,2м : 0,3м : 0,6м), необходимо произвести простые математические действия.

1. Определяем объем 1 блока – 0,2м : 0,3м : 0,6м = 0,036 м³.
2. Определяем сколько в кубе газосиликатных блоков – 1м³ делим на 0,036 м³/1 шт получаем 27,8 шт.

 Зная размерные параметры дома можно вычислить количество стенового материала с учетом кладочной площади оградительной конструкции и вычетом проемов.

 По такому же принципу можно подсчитать количество штук газосиликатных блоков в кубе для сооружения межкомнатных перегородок на основании размерных параметров стройматериала:

 

Блок 600 :200 мм.	Кол-во шт/1 м3
50	166
75	111
100	83
125	66
150	55
175	47
250	33
300	27
375	22
400	20
500	16

Стоимость стройматериала за 1 кубический метр

 

Наименование	Размер, мм	Цена, руб/м3
Газосиликатный, блок перегородочный	625х200х250	3600
Газосиликатный, блок перегородочный	625x150x250	3600
Газосиликатный, блок перегородочный	625x125x250	3600
Газосиликатный, блок перегородочный	625х100х250	3600
Газосиликатный, блок перегородочный	625х75х250	3600

Кладочный формовой материал с идеальными геометрическими ровными гранями обладают высокими сцепляющими с отделочными материалами свойствами. Готовая прочная конструкция не коробится при усадке стен здания, хорошо держит обои, краску, облицовочную плитку, декоративную пленку.

Универсальный строительный материал пользуется спросом, объемы его производства постоянно растут. Стандартные размеры блоков позволяют с точностью подсчитать, сколько в кубе газосиликатных блоков, какое количество потребуется для строительства малоэтажного объекта любого назначения.

Сколько блоков газобетона в кубе

Вопрос про количество блоков в кубе задают люди, которые хотят рассчитать, сколько блоков им понадобится. Но стоит понимать, что газобетонные блоки бывают разной толщины и высоты, от чего и количество их в кубе меняется.

Напомним, что один кубический метр (куб) – это объем, который влезает в пространство метр на метр. На газобетонных заводах производят блоки толщиной от 75 до 500 мм. 

Купить газобетонные блоки вы можете у производителя или посредников — выбор, который зависит, скорее от целей и объёмов закупки, упаковка и форма поставки у всех поставщиков практически одинаковая.

Сразу отметим, что тонкие блоки применяются для не несущих перегородок, а также в качестве опалубок под армопояса. Для возведения частных домов обычно использую блоки толщиной от 200 до 375 мм. Блоки толщиной 500 мм редко можно встретить в продаже, так как они очень тяжелые, и их укладка будет представлять огромную сложность.

Стандартной длиной блоков является 600 мм., а по высоте блоки бывают по 200, 250 и 300 мм. Толщина от 75 до 500 мм. 

Ну и перейдем непосредственно к таблицам, в которых показано количество газоблоков в одном кубометре. 

Сколько кубов и штук газобетона в поддоне

Сколько поддонов газобетона можно перевезти за раз

Если отвечать на этот вопрос быстро, то так: сколько сможет увезти грузовая машина. Но мы дадим более развернутый ответ.

Во-первых, поддоны бывают разными, в один поддон влезет 1,6 куба, а в другой 2,5. Во-вторых, все зависит от машины, так как транспортировать может и длинномерная фура, и кран манипулятор меньшей вместимости.

Также нужно учитывать грузоподъемность машины, состояние дорог и плотность самих газоблоков, ведь газобетон плотностью D600 в полтора раза тяжелее плотности D400.

Теперь что касается других изделий из газобетона. Помимо рядовых блоков, существуют еще U-образные блоки, которые заказываются поштучно, также в продаже вы найдете газобетонные перемычки и плиты перекрытия.

Готовые газобетонные перемычки обладают готовым заводским армированием, причем арматура в них напряженная, что создает дополнительную жесткость.

Плюсом таких перемычек является их очень быстрый монтаж, а также отпадает надобность в их утеплении.

Газобетонные перемычки бывают разной длины и толщины, чтоб был выбор под разные проемы.

Сколько штук газоблока в кубе?

Как просчитать количество газоблока в кубе?

Всё на свете имеет свою меру. Дорога измеряется в километрах, вода и прочие напитки – в литрах, а такие стройматериалы как кирпич, шлакоблок, газобетон – в кубах.

В каталоге интернет магазина цена газоблока указывается за куб, а не поштучно. Однако многих интересует вопрос, сколько в 1 куб штук газоблока? Попробуем разобраться.

Что такое куб?

Прежде чем узнать, сколько газоблоков в кубе, давайте выясним, что же такое собственно – куб?.

Куб представляет собой условный объем материала, который получится, если сложить этот самый материал в квадратный ящик со сторонами равными 1 метру.

Если знания школьного курса геометрии еще свежи в вашей памяти, то вы вспомните, что формула куба равна произведению высоты на ее длину и ширину. Так как в классическом кубе все стороны равны 1, то и их произведение тоже будет равно единице. Таким образом, и получается 1 кубический метр стройматериалов.

Условным он является потому, что в действительности никто не строит ящиков с такими размерами. Они существуют лишь в нашем воображении. Однако хоть и воображаемые, кубы являются незаменимым инструментом для того, чтобы рассчитать, сколько штук газоблоков в 1 куб метре.

Сколько газоблоков в 1 куб метре?

Один большой кубический метр, заполненный блоками, фактически представляет сумму объемов всех этих блоков или их произведение, ведь, например,

2+2+2+2+2+2+2+2+2+2+2 = 2×11

Чтобы узнать, сколько штук газоблока в 1 кубе, нужно выполнить всего 2 простых арифметических действия:

1. Узнать сколько кубов в газоблоке отдельно взятом, то есть в 1 штуке. Для этого воспользуемся уже известной формулой: высота*ширина*длина. Число должно получиться дробное, ведь объем одного блока невелик.
2. Разделить 1 на полученное в первом действии число, например,
3. Число которое получится и будет ответом на вопрос сколько штук газоблока в 1 кубе.

Сколько газоблоков в кубе 200 300 600

Узнать, сколько газоблоков в 1 кубе, невозможно, если вы не знаете, каковы размеры одной единицы. А они, как известно, бывают разными. В каталоге интернет магазина Керамикфест указаны параметры каждого вида газобетонных блоков.

Давайте рассчитаем в качестве примера, сколько газоблоков в 1 кубе популярных марок газобетона

При проведении вычислений не забудьте миллиметры перевести в метры, для чего все числа нужно разделить на 1000.

0,2×0,2×0,6 = 0,024 – это объем одного блока Аерок Обухов Classic

1 ÷ 0,024 = 41,66 – столько штук в одном кубе

0.288×0.2×0.6 = 0,03456 – это объем одного блока Аэрок Обухов EcoTerm

1 ÷ 0,03456 = 28,93 – столько штук в одном кубе

Сколько кубов газоблока в поддоне?

Погрузка газобетонных блоков осуществляется поддоно-нормами. Никто не отгружает газоблоки поштучно.

Количество блоков на поддоне зависит от размеров одного блока и у разных производителей может варьироваться от 40 до 180. Поэтому эту информацию следует уточнять у менеджера при заказе.

Также тем, кто хочет купить газоблок, сколько штук в кубе, тоже может помочь посчитать консультант в магазине.

Читайте также: Какая должна быть стена из газобетона?

Cколько в поддоне газобетонных блоков

Газобетонные строительные кирпичи для промышленного и индивидуального строительства продаются, измеряются и отгружаются в кубических метрах. Из-за разных габаритов и форм производителей газобетонных блоков стоимость определяется не за штуку, а за 1 м³. Узнать число кубометров строительных газоблоков для гаража или дома можно через расчет количества газобетона стандартного размера 200 х 300 х 600 мм в 1-м кубометре. Всего один кубометр содержит 27 шт. газоблока, поэтому сколько штук газобетона в 1 м³ можно узнать делением 1-го куба на объем строительной единицы.

Характеристики газобетона влияющие на вес и количество

Вес газоблоков колеблется в зависимости от наполнителей. Так, особо легкие и легкие газобетонные блоки весят 0,5–1,8 тонны для 1м³, и вес во многом зависит от их плотности. Тип определяется наличием пор в застывшей смеси, и в особо легких бетонах воздушные ячейки имеют размер ≤ 1,5 мм, а пропорциональное соотношение пор воздуха достигает 85%, что положительно сказывается на теплоизоляционных свойствах.

Стандартный размер газоблока из тяжелого бетона такой же, как и из легкого, но вес 1-го кубического метра из-за большей массы песка выше – до 0,6 тонны. Тяжелые бетоны также получают не только добавлением большего количества песка, но и увеличением массы гравия и щебня. Вес 1 куба может быть от 1,8 до 2,5 тонны.

Прежде, чем рассчитывать количество газоблоков в поддоне, нужно вычислить, какое количество единиц строительного камня умещается в 1 м3. Расчет прост: нужно разделить 1 м³ на объем единицы (V), который равен произведению толщины, длины и ширины, результаты всегда отображаются в метрах. Пример: искусственный камень 0,2 х 0,3 х 0,6 = 0,036 м³. При делении 1 м³ на V = 0,036 получаем 27,78 шт. Эта формула подходит для расчета кирпичей с любыми нестандартными габаритами.

Так как ручной пересчет единиц в 1-м кубе затруднителен, то часто используется мера измерения паллет. Это рабочее приспособление, предназначенное для хранения и отгрузки газоблоков, поэтому знать, сколько камня на поддоне, бывает просто необходимо. На любой подставке четко видно, сколько штук помещается на каждой его стороне, и рассчитать объем подставки и количество штук газобетонных кирпичей в нем достаточно легко. Но это число может меняться, особенно в индивидуальном строительстве и частном производстве газо- или пенобетона, так как производитель может менять габариты подставки. В стандартном поддоне умещается 1 м2 газобетонных блоков, а сколько в нем поместится единиц, зависит и от поддона, и от формы газокирпича.

Размеры и расчет необходимого количества

Форма газоблоков бывает U-образной и прямоугольной. Прямоугольные используются для выведения ровных (без поворотов и ниш) стен, но их размер разнообразен: 100 х 250 х 625, 150 х 250 х 625, 200 х 250 х 625, 240 х 250 х 625, 300 х 250 х 625 и 400 х 250 х 625 мм, а иногда заказчик дает свой размер.

U-образный блок используется при строительстве проемов для дверей и окон, усиления плит перекрытий. Габариты: 200 х 250 х 600, 400 х 250 х 600 мм, и т.д.

Рассчитать сколько в поддоне газоблоков, можно несколькими математическими операциями, что не так уж сложно. Первое: рассчитываются геометрические параметры строительного искусственного камня, и для этого нужно точно знать его габариты. Затем 1м³ делится на объем блока. Зная, какое количество содержится в 1-м кубе, можно рассчитать, сколько штук будет лежать на подставке.

Количество блоков на поддоне в зависимости от их габаритных размеров

Габариты	Объем единицы, дм3	Сколько кубов в паллете	Единиц в паллете
75 × 200 × 600	0,09	1,89	210
100 × 200 × 600	0,12	1,8–1,92	150–160
200 × 200 × 600	0,24	1,68–1,92	75–80
250 × 200 × 600	0,3	1,8	60
300 × 200 × 600	0,36	1,8	50
375 × 200 × 600	0,45	1,8	40
400 × 200 × 600	0,48	1,68–1,92	35–40
75 × 250 × 600	0,11	1,89	168
100 × 250 × 600	0,15	1,92	128
200 × 250 × 600	0,3	1,92	64
240 × 250 × 600	0,36	1,728	48
300 × 250 × 600	0,45	1,8	40
365 × 250 × 600	0,55	1,752	32
375 × 250 × 600	0,56	1,8	32
400 × 250 × 600	0,6	1,92	32

Вес блоков в зависимости от плотности

Знать, сколько весит газоблок, нужно при расчете нагрузок на фундамент дома – от этого будет зависеть выбор фундамента и расходы на строительство. Вес единицы определяется массой компонентов и заполнителей, и блоки подразделяются согласно критериям на 4 подгруппы:

1. Очень легкие пористые — массой ≈ 500 кг/м^З;
2. Легкие блоки c заполнением керамзитом массой ≈ 500–1800 кг/м^З;
3. Тяжелые c заполнением гравием и щебнем массой ≈ 1800–2500 кг/м^З;
4. Очень тяжелые газокирпичи массой ≈ 2500-З000 кг/м^З.

Основной вес – это заполнители крупных фракций. Поддоны служат для более удобной транспортировки тяжелых блоков по складу или стройплощадке, поэтому так важен вопрос количества газобетонных изделий в паллете и 1 м³.

СКОЛЬКО ГАЗОВЫХ СИЛИКАТНЫХ БЛОКОВ В ПОДДОНЕ? ВЕС ПОДДОНА, КОЛИЧЕСТВО ШТУК ГАЗОВОГО СИЛИКАТА 250X300X600, 600X300X200 И ДРУГИЕ РАЗМЕРЫ

Поделиться

Штифт

Твитнуть

Отправить

Поделиться

Отправить

Планируя строительство дома, бани, дачи или любой хозяйственной постройки, следует определиться со стройматериалами, а также произвести массу расчетов. В настоящее время особой популярностью и доверием строителей пользуются газосиликатные блоки, широко применяемые при строительстве одно- и двухэтажных домов.

Газосиликатный блок — это камень искусственного происхождения с ячеистой структурой, состоящий из цемента, кварцевого песка, воды, извести, алюминиевой пудры и упрочняющих добавок. На рынке представлены блоки двух типов — желобные и пристенные, которые, в свою очередь, производятся разных размеров — 250x100x600, 250x400x600, 250x200x600, 250x300x600 и 600x300x200 мм.

Стандартный и широко используемый блок 20x30x60 см. Этот строительный материал изготавливается несколькими способами — с автоклавом и без него. Чтобы начать строительство, не тратя лишних денег, нужно очень внимательно просчитать количество материалов.

Количество штук газосиликата

Имея на руках проект и зная площадь будущего объекта, совсем не сложно провести соответствующие расчеты количества материалов, необходимых для строительства. Газосиликатные блоки продаются и доставляются на специальных деревянных поддонах, что значительно облегчает процесс погрузки, разгрузки и транспортировки.

Чтобы определить точное количество, нужно знать, сколько газосиликата умещается в поддоне. Количество блоков зависит от их размера:

• При покупке блоков 600x100x250 мм на поддоне умещается 120 штук;
• При покупке блоков 250x300x600 мм на поддон помещается 40 штук;
• Емкость 50 штук для блоков 600x300x200 мм;
• На поддон укладывается 56 штук, если размер блока 600х200х250 мм;
• 32 шт. На деревянном поддоне, если требуется блок 600х400х250 мм.

Помимо стандартных размеров, строители часто используют материалы с индивидуальными размерами. — 600x150x250 мм, из них 80 штук на поддоне, 600x250x250 мм (вместимость 48 штук), блоки для перегородок 600x200x120 мм (вмещаются 180 штук), стеновые типы размером 75x200x600 мм (180 штук на поддоне), а также как модели 600х400х200 мм (на поддон 40 шт.).

Приобретая газосиликатные блоки, покупатель сталкивается с тем, что стоимость указана в м3, поэтому нужно ориентироваться в количестве кубиков на поддоне.

Сколько кубиков в поддоне?

Вместимость одного поддона в м3 можно легко рассчитать, зная размер газосиликатного блока. Для тех, кто не силен в математических расчетах или боится делать неточности, ниже представлена ​​простая таблица, показывающая количество строительного материала, размещенного в кубиках на одном поддоне:

• блоки 60х40х20 см — 1,92 м3;
• блок 60х30х20 см — 1,8 м3;
• Материал размером 60х25х25 см — 1.8 м3;
• газосиликат 60х20х25 см — 1,68 м3;
• газосиликатный материал 60х40х25см — 1,92 м3;
• блоки 60х30х25 см — 1,8 м3;
• газосиликаты 60х15х25 см — 1,8 м3;
• блок 60х10х25 см — 1,8 м3.

Также есть данные для материалов с нестандартными размерами — стеновые блоки 60х20х7,5 см — 1,62 м3, для перегородок 60х20х12 см — 1,7 м3, для несущих стен 50х20х60 см — 2,4 м3. Помимо количества необходимо знать массу строительного материала.

Как определить вес?

Газосиликатные блоки — одни из самых легких и прочных строительных материалов, легче только дерево. Именно поэтому вам не придется беспокоиться о нагрузках на фундамент даже при строительстве двухэтажного дома. Вес газосиликата складывается из нескольких показателей — размера и плотности, поэтому чем выше плотность, тем больше масса материала. В среднем масса одной единицы колеблется от 7 до 43 кг.

Для простоты расчета ниже приведены данные о весе газосиликатов.

• Блок плотностью D400 и размером 60х10х25 см наделен массой 7,2 кг. Удельный вес одного м3 — 480 кг.
• Блок плотностью D400 и размерами 60х20х25 см имеет вес 14,4 кг. Вес одного куба 480 кг.
• Газосиликат 60х30х25 см (марка плотности Д400) весит 21,6 кг. 1 кубометр такого стройматериала — 480 кг / м3.
• Материал с отметкой плотности D400 и размером 60х40х25 см наделен массой 28.8 кг, при этом 1 куб будет 480 кг.
• Блок 60х10х25 см плотностью D500 имеет вес 8,7 кг, а 1 м3 — 580 кг.
• Газосиликатный блок марки Д500 и габаритами 60х20х25 см весит 17,4 кг. Удельный вес куба 580 кг.
• Строительный материал марки Д500 размером 60х30х25 см достаточно тяжелый — 26,1 кг, а один м3 равен 580 кг.
• Блоки плотностью D500 и размерами 60х40х25 см имеют массу 34.8 кг, при этом один куб достигает 580 кг.
• Газосиликат 60х10х25 см (плотность D600) характеризуется массой 10,8 кг. 1 м3 такого материала будет 720 кг.
• Блок 60х20х25 см (плотность D600) наделен массой 21,6 кг, а куб этого материала будет 720 кг.
• Строительный материал марки Д600 и параметров 60х30х25 см имеет вес 32,4 кг, при этом удельный вес одного куба достигает 720 кг.
• Газосиликат 60х40х25 см (плотность D600) весит 43.2 кг, а куб такого материала достигает 720 кг.

Важно помнить, что со временем (после окончания строительства) масса газоблоков увеличивается, а показатели прочности становятся выше. Понимая примерный объем предстоящих строительных работ, вы легко определите необходимое количество поддонов с материалом.

Как рассчитать количество поддонов?

Определить количество поддонов с газоблоками можно несколькими способами — найдите специальный калькулятор на специализированном сайте и воспользуйтесь им, обратитесь к специалисту строительной компании, менеджеру интернет-магазина или рассчитайте самостоятельно.

Для расчета необходимо точно знать высоту, длину, ширину и толщину стен, площадь оконных и дверных проемов, а также определить марку, тип и размер блоков. Имея все доступные данные, легко рассчитать количество материала, а по информации (таблице) о вместимости одного поддона легко определить их точное количество. Дополнительно можно использовать специальные формулы расчета (поочередно):

• S = PH, где S — общая площадь стены, H — высота стены, P — периметр;
• площадь дверных и оконных проемов С пр.= WHN (окна) + WHN (двери), где W — ширина, H — высота, N — число;
• площадь стен без проемов S = S общ. — С пр.

При подсчете может быть небольшая погрешность, не превышающая 2-5%, так как материал достаточно большой.

Поделиться

Штифт

Твитнуть

Отправить

Поделиться

Отправить

Посмотрите видео: Что такое четырехсторонний поддон? — FAQ — ТранПак (сентябрь 2021 г.).

Изоляционные материалы: блок и труба из силиката кальция

Силикат кальция используется для изоляции высокотемпературных труб и оборудования, а также для обеспечения огнестойкости. Он производится и продается в трех различных формах: предварительно отформованный блок, предварительно отформованная труба и картон. Сегодняшний силикат кальция, производимый в Северной Америке, отличается высокой прочностью на сжатие, антикоррозийными свойствами и структурной целостностью при высоких температурах.Он может выдерживать постоянные температуры до 1200 ° F (Тип I, для труб и блоков) или 1700 ° F (Тип II, огнестойкие плиты). Структурный силикат кальция для применений, требующих более высокой термостойкости и большей прочности, в этой статье не рассматривается.

История

Силикат кальция возник примерно в 1950 году из более ранних теплоизоляционных материалов для высоких температур: 85% карбоната магния и изоляции из чистого асбеста. Сначала изоляция из силиката кальция обычно армировалась асбестовыми волокнами.К концу 1972 года большинство североамериканских производителей перешли на стекловолокно, растительные волокна, хлопковый линт или вискозу. Теперь силикат кальция, производимый в Северной Америке, не содержит асбеста.

Когда в 1970-х годах на промышленных предприятиях начались программы по снижению выбросов асбестовой изоляции, безасбестовый силикат кальция широко использовался в качестве материала для замены трубопроводов и оборудования на нефтеперерабатывающих, нефтехимических заводах, электростанциях, парораспределительных линиях и в других высокотемпературных установках. требующий использования высокопрочного изоляционного материала.Сегодня в Северной Америке есть только два завода по производству изоляционных материалов из силиката кальция.

Как получают силикат кальция

Силикат кальция производится из аморфного диоксида кремния, извести, армирующих волокон и других добавок, смешанных с водой в резервуаре для периодического смешивания с образованием суспензии. Эта суспензия перекачивается в подогреватель, где нагревается до кипения и быстро разливается в формы. Через несколько минут материал удаляется в виде влажного и хрупкого твердого вещества. Эти сформированные детали помещаются в индуктор (своего рода пароварку под давлением) на несколько часов, где происходит химическая реакция с образованием силиката кальция.Затем кусочки помещают в сушильный шкаф. После сушки кусочки обрезаются, разрезаются на две или более частей и упаковываются. Процесс относительно низкоэнергетический, так как максимальная достигнутая температура составляет всего около 380 ° F.

Формованный отвержденный изоляционный материал по существу представляет собой кристаллическое образование с большим воздушным пространством, чем твердое пространство (более 90 процентов воздуха). Миллионы крошечных воздушных пространств, разделенных кристаллическими стенками с низкой теплопроводностью, придают силикату кальция его изоляционные свойства.Через него может проходить очень мало инфракрасного излучения, поэтому это эффективный высокотемпературный изоляционный материал.

Характеристики продукта

Американское общество испытаний и материалов (ASTM) C533, «Стандартные технические условия на теплоизоляцию блоков из силиката кальция и труб», устанавливает минимально приемлемые стандарты для типов I и II. Тип I рассчитан на максимальную рабочую температуру 1200 ° F и максимальную плотность 15 фунтов на кубический фут (фунт / фут ³ ) или 22 фунта / фут ³ , тогда как тип II рассчитан на 1700 ° F и максимальная плотность 22 фунта / фут ³ .Предел прочности на сжатие при изготовлении для обоих типов превышает 100 фунтов на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм) при 5-процентной деформации, что является самым высоким показателем среди любых неструктурных высокотемпературных изоляционных материалов в спецификациях ASTM на материалы. Максимальная линейная усадка после воздействия максимальной температуры использования составляет всего 2 процента, а прочность на изгиб для обоих типов превышает 50 фунтов на квадратный дюйм. Показатели распространения пламени и образования дыма равны 0 согласно ASTM E84, поскольку материал не способствует горению.Максимально допустимые значения потери массы в спецификации ASTM составляют 20 процентов и 40 процентов после переворачивания в течение 10 и 20 минут соответственно, что демонстрирует его устойчивость к разрушению.

Не влияет отрицательно на теплопроводность и прочность на сжатие после испытания на максимальную рабочую температуру в соответствии с ASTM C411. Силикат кальция в Северной Америке разработан и изготовлен для предотвращения коррозии под изоляцией (CUI) как нержавеющей, так и углеродистой стали. Этот материал также классифицируется как негорючий согласно ASTM E136.

Изоляция из силиката кальция обычно покрывается защитной оболочкой: обычным алюминиевым листом, листом из нержавеющей стали, листом поливинилхлорида (ПВХ), стеклотканью с мастикой для защиты от атмосферных воздействий или многослойным ламинатом. Чтобы предотвратить проникновение воды, следует нанести валик герметика на перекрытия обшивки из листового металла.

Общие приложения

Силикат кальция обычно наносится на высокотемпературные (выше 250 ° F) трубы и оборудование на промышленных предприятиях, таких как химические заводы, нефтеперерабатывающие заводы и паровые электростанции.Поскольку это жесткий материал с относительно плоской кривой теплопроводности, чрезвычайно высокой прочностью на сжатие, высокой прочностью на изгиб, классом А для распространения пламени / образования дыма и негорючим (ASTM E136), он широко используется в высокопрочных материалах. температура, промышленные применения, подверженные физическому насилию.

Благодаря высокой прочности на сжатие (более 100 фунтов на квадратный дюйм), высокой прочности на изгиб (более 50 фунтов на квадратный дюйм) и устойчивости к повреждениям в результате опрокидывания, а также способности сохранять эти свойства с течением времени до номинальных значений 1200 ° F, силикат кальция могут выдерживать значительные физические нагрузки без потери изоляционной эффективности.Кроме того, силикат кальция может противостоять вибрации, вызванной потоком высокотемпературного пара вокруг внутренних препятствий труб, таких как внутренние детали клапана, измерительные устройства и диафрагмы ограничения потока.

Сводка

Силикат кальция обеспечивает структурную целостность при высоких температурах, высокую прочность на сжатие и ингибирует коррозию. Это также может быть важным фактором сохранения. Энергия, используемая для производства линейного фута силиката кальция такого размера, составляет всего около 154 000 британских термических единиц; соотношение затраченной энергии к прогнозируемой экономии энергии составляет 575: 1 за 1 год и 11 500: 1 за 20 лет.

Читатели, которые хотят узнать больше об изоляционных материалах, представленных здесь, должны посетить каталог продукции MTL или посетить каталог членов NIA, чтобы найти производителя.

Рисунок 1

Силикат кальция устанавливается на трубу промышленного объекта.

Рисунок 2

Горизонтальные трубы с изоляцией из силиката кальция могут выдерживать небольшое пешеходное движение без серьезных повреждений.

Рисунок 3

Силикат кальция — обзор

15.5 Гидравлический цемент

Портландцемент — это гидравлический цемент, полученный путем измельчения клинкера, состоящего в основном из гидравлических силикатов кальция с сульфатом кальция (гипсом) в качестве добавки в грунт. Клинкер получают путем нагревания глинистых материалов с известью при высоких температурах (> 1500 ° C) с образованием конкреций (диаметром 5–25 мм). Низкая стоимость и широкая доступность известняка и природных источников кремнезема делают портландцемент одним из самых дешевых материалов, используемых во всем мире.Производство и состав портландцементов, процессы гидратации, а также химические и физические свойства цемента были тщательно изучены.

Портландцемент состоит в основном из извести (60–65 мас.% CaO), кремнезема (21–24 мас.% SiO ₂ ), глинозема (3–8 мас.% Al ₂ O ₃ ) и оксид железа (3–8 мас.% Fe ₂ O ₃ ), но также содержит небольшие количества магнезии (0–2 мас.% MgO), триоксид серы (1–4 мас.% SO ₃ ) и другие оксиды, представленные в виде примесей из сырья, используемого при его производстве.

Основными фазами, присутствующими в негидратированном портландцементе, являются алит (Ca ₃ SiO ₅ -силикат трикальция), белит (Ca ₂ SiO ₄ — β-дикальций силикат), алюминат (Ca ₃ Al ₂ O ₆ — алюминат трикальция), феррит (Ca ₄ (Al, Fe) ₂ O ₇ — алюмоферрит тетракальция).

В таблице 15.1 показаны составы и сокращения этих соединений.

Таблица 15.1. Основные соединения в портландцементе

24 O ₃ · Fe ₂ O ₃

Соединение	Оксидный состав	Аббревиатура
Силикат трикальция	3CaO · SiO 2	C 3 9099 Силикат 3	C 3 9099 · SiO 2	C 2 S
Алюминат трикальция	3CaO · Al 2 O 3	C 3 A
Al299 Al299 Al	C 4 AF

Ранняя гидратация цемента в основном контролируется количеством и активностью C ₃ A, сбалансированной количеством и вид сульфатной грунтовки с цементом.C ₃ A быстро гидратирует и влияет на характеристики раннего склеивания. Аномальная гидратация C ₃ A и плохой контроль его гидратации с помощью сульфата могут привести к таким проблемам, как схватывание, потеря осадки и несовместимость цемент-добавка. На основе этой информации был разработан ряд цементов с различной прочностью или высокой начальной прочностью. Пять признанных типов портландцемента перечислены в Таблице 15.2. Типичные составы коммерческих портландцементов приведены в Таблице 15.3.

Таблица 15.2. Типы портландцемента и их применение

Тип цемента	Использование
I	Цемент общего назначения при отсутствии смягчающих условий
II	Вспомогательные средства для обеспечения умеренной стойкости к воздействию сульфатов
III	Когда требуется высокая-ранняя прочность
IV	Когда требуется низкая теплота гидратации (в массивных конструкциях)
V	Когда требуется высокая сульфатостойкость

Таблица 15.3. Состав (мас.%) Коммерческих портландцементов

Тип цемента	C 3 S	C 2 S	C 3 A	C 4 AF
I	50	24	11	8	7
II	42	33	5	13	7
13	9	8	10
IV	26	50	5	12	7
V	40	40	4	7

Тип I, называемый нормальным портландцементом или обычным портландцементом (OPC), наиболее часто используется, когда особые свойства других типов не требуются, например Например, когда он не подвержен сульфатному воздействию отходов или когда тепло, выделяемое при гидратации цемента, не вызывает неприемлемого повышения температуры.Цементы типа I обычно имеют прочность на сжатие (раздавливание) через 7 дней> 19 МПа, измеренную на 50-миллиметровых кубиках раствора.

Тип II, модифицированный портландцемент с пониженным содержанием C ₃ S и C ₃ A, имеет более низкую скорость гидратации, чем тип I, и медленнее выделяет тепло. Он также обладает повышенной устойчивостью к воздействию сульфатов и предназначен для использования там, где важны дополнительные меры предосторожности против умеренного воздействия сульфатов.

Тип III, высокопрочный цемент с высоким содержанием C ₃ S и более низким уровнем C ₂ S, быстро набирает прочность благодаря высокому содержанию трикальцийалюмината и трикальцийсиликата.Однако такое быстрое нарастание прочности сопровождается высокой скоростью выделения тепла, что может препятствовать использованию цемента типа III для массивных монолитов из отходов / цемента.

Тип IV, низкотемпературный цемент с низким содержанием C ₃ S и C ₃ A и, следовательно, высоким уровнем C ₂ S, может использоваться в первую очередь для массивных отходов / цементных монолитов. Низкая скорость тепловыделения в этом типе цемента объясняется высоким содержанием силиката дикальция и соответствующим низким содержанием силиката трикальция и алюмината трикальция.

Тип V — сульфатостойкий цемент из-за низкого содержания трикальцийалюмината. Это специальный цемент, предназначенный для использования в монолитах, подвергающихся сильному воздействию сульфатов. Он имеет более медленную скорость набора прочности, чем обычный портландцемент.

Портландцемент типов I, II и III обычно используется для иммобилизации радиоактивных отходов. В то время как тип II обладает повышенной устойчивостью к воздействию сульфатов, растворы сульфата натрия успешно затвердевают, причем все три типа имеют примерно одинаковые нагрузки.Водные отходы, содержащие борную кислоту, могут затвердеть, если в цемент добавить щелочной материал (например, гашеную известь или NaOH) или силикат натрия, а также при увеличении щелочности раствора до pH 8–12. Было показано, что типы I, II и III работают с такими добавками. Тип III предпочтительнее для жидких отходов борной кислоты из-за характеристик быстрого отверждения этого цемента (Раздел 15.6), который во многих случаях противодействует эффектам замедления гидратации, вызванным борной кислотой (Раздел 15.8).

Восьмикоординатный фторид в силикатном двойном-четырех кольце

Какое максимальное число атомов может быть связано с элементом основной группы? Обычно можно подумать четыре. Но гипервалентность и делокализованное связывание расширяют верхний диапазон — никто не хлопает веком при связывании кремнием 6 лигандов, и существуют случаи предположительно 10-координатного Si (1, 2). Многие размышления о высокой координации сосредотачиваются на атомных или ионных радиусах и соображениях упаковки. Или можно подойти к проблеме с квантово-химической точки зрения.В этой статье мы следуем второму курсу и работаем на стыке молекулярных и расширенных систем. Мы исследуем, как верхняя граница координационного числа определяется силами притяжения и отталкивания, добавляя фактор напряжения, связанный с деформацией молекулярной клетки, которая захватывает элемент в своем центре.

Основу для этой работы задает простой и распространенный мотив в катализе и разделении: силикатное двойное и четырехкольцевое (D4R), один из типичных строительных блоков в крупнопористых цеолитах.Используя расчеты релятивистской теории функционала плотности (DFT) и теорию молекулярных орбиталей Кона – Шэма (3⇓⇓ – 6), мы увидим, что в этой коробчатой ​​среде фторидные координаты фактически связываются с восемью атомами кремния.

Обсуждение

Галогениды в молекулярной клетке D4R.

В синтезе цеолита использование фторида привело к открытию новых топологий цеолита с высоким содержанием кремнезема (7) и в дальнейшем использовалось для удаления дефектов решетки с помощью синтетических и постсинтетических процедур.Примечательно, что обмен F ^— обратим при щелочной обработке, за одним исключением — когда F ^— находится в каркасных единицах D4R, где анион прочно связан, фактически не может быть удален (8). Другие галогениды не входят в эту маленькую коробку. Кристаллография показала, что фторид находится в центре бокса D4R (9), в отличие от двойных пятикольцевых и двойных шестикольцевых звеньев, других обычных цеолитных строительных блоков, где фторид связывается с гипервалентным атомом кремния в клетке. угол (10, 11).

Взаимодействие D4R с фторидом не ускользнуло от внимания теоретиков. Джордж и Кэтлоу рассчитали значительный перенос заряда (на основе анализа популяции Малликена) для введения фторида в D4R и энергию связи чуть менее 100 ккал / моль (12, 13). Тщательный обзор, проведенный Хагельбергом и соавторами (14) различных галогенидов и других вставляемых соединений в модели D4R с внешними атомами водорода, также показал значительную энергию связи для фторида (71 ккал / моль), что дополнительно подтверждается исследованием Тосселла (15). ).Считалось, что ответственным фактором является поляризация заряда, а не связывание. Эти расчеты также учитывали экзоэдральные комплексы и показали, что включение происходит через переходное состояние, при котором клетка остается нетронутой. Расчетная форма нижней незанятой молекулярной орбитали (НСМО) D4R, представленная в обширном обзоре Laine and Roll, заставляет задуматься (16). Он выглядит сильно делокализованным и сосредоточен в клетке.

Давайте начнем с пошагового анализа положения фторида в D4R и выясним, что происходит, когда он перемещается не по центру (мы будем называть D4R с фторидом внутри F ^— @ D4R).В наших расчетах мы использовали однокомпонентный силсесквиоксан D4R. Мы выбрали гидроксильные группы для завершения вершин Si, указывающих и изогнутых в точке O (17). Этот молекулярный бокс показан в двух видах на рис. 1. Расчеты DFT, проведенные в ZORA-BP86-D3 (BJ) / QZ4P, показывают, что наиболее стабильная геометрическая конформация имеет коробку D4R в слегка искаженном состоянии D _2d симметрия, на 0,8 ккал / моль меньше энергии от строго D _2d . Геометрия рамы коробки, т.е.е., вершины Si и ребра O, почти полностью согласуется с экспериментальной структурой от Auf der Heyde et al. (18). Более низкий уровень симметрии относительно T _h и O _h является результатом углового присоединения гидроксидных лигандов к вершинам бокса. Дальнейшее рассмотрение симметрии будет сделано позже.

Рис. 1.

Силсесквиоксан D4R, использованный в наших расчетах. На рисунке показаны виды в направлениях (001) и (111).

Теперь, взяв этот ящик и перемещая фторид, хлорид, бромид и йодид по диагонали со смещением от центра на , мы обнаружили, что предпочтительное место для всех анионов должно быть в самом центре, что совпадает с экспериментальные результаты для фторида в цеолитах и ​​согласуются с вышеупомянутой теоретической работой. Это графически изображено на рис. 2, на котором черная линия действует как общий нулевой эталон энергии, представляя энергии D4R и галогенид-анионов на бесконечном расстоянии.Разница между фтором и его аналогами разительна: стабилизирован только фторид. Поверхность потенциальной энергии (ППЭ) для перемещения фторида по клетке содержит плато около самого центра клетки, примерно -80 ккал / моль. Подгонка кривой к полиному шестой степени показала значительный вклад ангармоничностей четвертого и шестого порядков в квадратичный потенциал, приближающийся к форме ax ² + b (x ⁴ + x ⁶ ). Если клетка застывает в геометрической форме при диагональном перемещении фторида, результирующий потенциал будет параболическим (рис.3), поэтому сложность реального PES возникает из-за деформации клетки для стабилизации конформаций, в которых фторид находится вне центра клетки.

Рис. 2.

Энергетика линейного прохождения фторида, хлорида, бромида и йодида по клеточно-диагональному пути из 11 точек. s — расстояние от центра. Относительные энергии соответствующих геометрически оптимизированных структур нанесены на график относительно нулевой энергии галогенид-аниона и D4R на бесконечном расстоянии, вычисленного в ZORA-BP86-D3 (BJ) / QZ4P.Расстояние от центра ящика до атома Si составляет 268 пм.

Рис. 3.

Линейный переход фторида, аналогичный тому, что показан на рис. 2, но с фрагментом D4R, замороженным в геометрии (серая кривая). s — это расстояние от центра поля.

Мы также исследовали возможность экзоэдральной связи фторида. Результаты обсуждаются в Приложении SI ; такая связь является прочной (менее 0,2 ккал / моль от фторида в центре D4R) и гипервалентной на одном Si клетки.

Клетки D4R — не единственные сильные фторидсвязывающие вещества в химии (19, 20). Особый интерес для нас представляет растущая область изобретательно разработанных супрамолекулярных рецепторов фтора (21–25). Энергии связи у них такие же большие, а иногда и больше, чем у бокса D4R. Связывание в этих фторидных секвестрирующих агентах осуществляется за счет прочных водородных связей. Мы думаем, что в этих системах также присутствует сильная гипервалентная связь, включающая перенос заряда.

Подведем итог тому, что мы обнаружили к этому моменту: экспериментально известное сильное связывание фторида и, в частности, галогенид-иона, проверено нашими расчетами. Они также в целом согласуются с теми, которые ранее были сделаны Хагельбергом и его сотрудниками для ряда галогенидов. Мы переходим к выяснению того, почему это так — почему фторид, откуда необычное плато?

Природа взаимодействия.

Твердотельный ¹⁹ F ЯМР-эксперименты выявили сильно смещенный в слабое поле резонанс для фторида в D4R, предполагая большую степень передачи заряда от центрального элемента к коробке (26).Может ли ковалентность (здесь подразумевается в общем смысле как ковалентная, так и полярная связь донор-акцептор), а не простые кулоновские силы, играть важную роль, а также в формировании необычной кривой потенциальной энергии для фторида, движущегося в ящике? И почему только фторид резко стабилизируется в центральной части бокса?

Давайте попробуем раскрыть взаимодействие галогенида с клеткой с помощью анализа энергетического разложения (EDA) (6). В дальнейшем мы будем называть взаимодействие галогенид-анион – D4R как X ^— @ D4R (где X = F, Cl, Br, I).В EDA взаимодействие разбивается на три члена: сначала у нас есть электростатический член, ΔV _elstat , в котором, как мы ожидаем, будет преобладать кулоновская стабилизация между отрицательно заряженной электронной плотностью X ^— и положительно заряженные силиконы D4R (и наоборот). Во-вторых, это неклассическое Паули или обменное отталкивание между электронами с параллельными спинами (6). Поскольку образование связи между X ^— и D4R увеличит количество электронов с параллельным спином, связанный член ΔE _Pauli является отталкивающим.Наконец, мы рассматриваем стабилизирующие орбитальные взаимодействия, ΔE _или , включающие перемешивание и перенос заряда между орбиталями X ^— и орбиталями ящика. Это третий член в выражении полной энергии взаимодействия, который мы связываем с ковалентностью (в широком смысле, включая полярную связь). Это примерно пропорционально ( S ^{A | X} ) ² , орбитальному перекрытию между взаимодействующими орбиталями A и X в квадрате (27).

Рассчитаем ΔV _elstat , ΔE _Pauli , и ΔE _oi для X ^— @ D4R, а также поправка на Δ6 _disp , полученный из эмпирической формулировки Гримма (28). Этот последний член оказался сравнительно небольшим для всех случаев, и мы ссылаемся на приложение SI за его числовыми значениями. В общем, ΔV _elstat большое и отрицательное значение, а ΔE _Pauli большое и положительное значение.Как впервые было предложено Зиглером и Рауком (29), мы объединяем термины для электростатического взаимодействия и отталкивания Паули в термин для стерического взаимодействия, ΔE _{стерическое} = ΔV _elstat + ΔE Паули . Этот член измеряет общее изменение энергии, связанное со смешением электронных плотностей галогенид-аниона и D4R без переноса заряда. Таким образом, роль стабилизирующих орбитальных вкладов в связывание выдвигается на первый план.

Рис. 4 A отображает (де) состав ΔE _{стерический} для всех галогенидных анионов. Отталкивание Паули возрастает более круто, чем падение электростатического члена, что приводит к стерическому значению ΔE , которое является отрицательным только для фторида и все более положительным для других галогенидов. Рис.4 B разлагает сетевое взаимодействие X ^— @ D4R, ΔE _int , в терминах стерического члена ΔE _{стерического} и орбитального взаимодействия .Ясно, что орбитальное взаимодействие играет значительную роль в связывании F ^— @ D4R: ΔE _или составляет 66% от общего взаимодействия ( ΔE _или + ΔE _{стерический} ) на уровне учетверенной ζ (QZ4P). Использование сбалансированных базисных наборов, содержащих более размытые функции, ET-pVQZ и ET-QZ3P-1DIFFUSE, приводит к практически идентичным оценкам ( SI Приложение ). Для более крупных галогенидов с их увеличивающимся радиусом орбитальная стабилизация ΔE _oi (даже если она увеличивается по величине) все больше обгоняется и сводится на нет стерическим термином (в котором, как мы видели, преобладает отталкивание Паули) .Чистое изменение энергии относительно отдельного галогенида и D4R, ΔE _net , которое было построено на рисунке 2, отличается от мгновенного взаимодействия ΔE _int , как определено выше, на ΔE _штамм . Это энергия, необходимая для деформации коробки, чтобы приспособиться к галогенидной связи (30). Эти члены нанесены на график на рис. 4 C ; Теперь ясно, почему при этом взаимодействии химического взаимодействия и молекулярной деформации стабилизируется только F ^— @ D4R (хотя Cl ^— @ D4R приближается).

Рис. 4.

( A ) EDA всех взаимодействий галогенида с клеткой в ​​ZORA-BP86-D3 (BJ) / QZ4P, при ΔE _{стерический} установлен как ΔV _{elstat ΔE Паули . ( B ) ΔE int разложено на ΔE стерическое и ΔE oi . ( C ) ΔE net , полученная путем добавления ΔE деформации к ΔE int .}

Вернемся к кривым PES на рис. 1. Серая кривая на рис. 3 — это поверхность для ΔE _int с замороженным фрагментом D4R. Если мы теперь разложим реальный PES F ^— @ D4R на две поверхности, одну для деформации ΔE и одну для ΔE _int , мы увидим, что первая имеет параболическую форму, а последний содержит полученные нами ранее ангармонизмы четвертого и шестого порядков (рис. 5).Это было подтверждено подгонкой отдельных кривых ( SI Приложение , рис. S1).

Рис. 5.

Разложение PES фторида (Рис. 2) на деформацию ΔE и ΔE _int . s — это расстояние от центра поля.

Таким образом, позволяя D4R деформироваться, поверхность ΔE _int преобразуется из гармонической и центрированной по прямоугольнику в ангармоническую и стабилизированную ближе к стенкам.Фактически, по мере того, как фторид приближается к углу, клетка, при возрастающей деформации, подталкивает свои вершины к типичной геометрии тригональной бипирамиды для пентакоординированного гипервалентного Si: в данном случае три экваториальных связующих Os и ось HO – Si – F. SI Приложение , рис. S5 подробно показывает геометрию.

Деформационная деформация каркаса D4R явно играет роль в связи, которую мы анализируем. Давайте проверим наше понимание: если мы предположим, что ППЭ перемещения элемента / иона через клетку D4R можно понимать как состоящую из ППЭ для деформации, а также взаимодействия, мы должны быть в состоянии предсказать, что происходит, когда либо деформация, либо взаимодействие, является доминирующим.Например, диагональное движение вида, который не взаимодействует или взаимодействует незначительно, должно вызывать параболическую ППЭ, которая почти не отличается от таковой для деформации (рис. 3 и 5). Это действительно подтверждается вычислением энергии диагонального смещения для атома гелия в коробке, показанной в приложении SI , рис. S6.

Мы также можем представить себе клетку, деформирующуюся с бесконечной легкостью; ΔE _int тогда будет доминировать над PES. Как видно из рис.5, центрированное положение тогда станет переходным состоянием — для фторида, прочно связанного с одним кремнием и такого же соединения с другим кремнием на диагонали куба. Другими словами, деформация замораживает это переходное состояние и удерживает фторид в центре. Такое представление о центрированном пятне как о замороженном переходном состоянии связано с общим представлением о гипервалентных молекулах, описывая их как «замороженные переходные состояния» (31, 32).

Рассмотрим происхождение штамма ΔE _. , когда фторид находится в центре. В F ^— @ D4R, ΔE _{деформация} возникает из-за деформации «дышащего», в которой — воображаемый ион фтора уже был помещен по центру в пустой оптимизированной клетке — углы Si – O – Si клетки слегка изгибаются (известная легкая деформация) с уменьшением расстояния F – Si на 3–4 пм и увеличением расстояния F – O на 6–8 пм. Это показано в таблице 1. В колебательном спектре D4R видна мода клеточного дыхания 406 см ^-1 .Когда фторид вводится, эта мода становится жесткой до 573 см ^-1 , как и ожидалось. Оба режима ИК-неактивны.

Таблица 1.

Геометрическая деформация D4R при взаимодействии с фторидом

Даже если он подталкивается к центру под действием деформации, связывающее взаимодействие фторида с D4R остается значительным (рис. 5) и включает значительное орбитальное взаимодействие (рис. 4 B). ). Это наводит на мысль, что перед нами необычный случай многократного гипервалентного фторида, координированного с восемью атомами Si.

Склеивание.

D4R, в нашем понимании, содержит 36 атомов, и если мы посмотрим на электронную структуру, мы должны найти 120 уровней, соответствующих линейным комбинациям атомных валентных орбиталей, 80 из которых будут дважды заняты электронами. Это требует упрощения, которое мы, во-первых, получаем путем оптимизации кадра D4R в симметрии O _h . Это повышение симметрии от C ₁ не влияет на наш последующий анализ молекулярных орбиталей (МО) (это объясняется в Приложении SI ).Тем не менее, с таким количеством уровней мы близки к точке пересечения с расширенными системами, и имеет смысл показать график моделированной плотности состояний (DOS) уровней O _h D4R (рис. . 6). На этом графике дискретные уровни энергии искусственно расширены лоренцианом контролируемой ширины, чтобы получить непрерывную DOS.

Рис. 6. График

DOS для O _h D4R. Уровень Ферми обозначен на рисунке пунктирной линией.Пунктирными стрелками выделены неприводимые, адаптированные к симметрии линейные комбинации p-атомных орбиталей D4R с симметрией a _1g и t _1u . Это схематические изображения: два кольца, из которых состоит D4R, показаны рядом друг с другом, и отображается только одна из трех вырожденных орбиталей с симметрией t _1u . Четыре атома кислорода, соединяющие два четырехкольца, не отображаются.

Мы видим три отдельных региона. Внизу, около -25 эВ, лежат уровни, состоящие преимущественно из O [2s]. Следующий набор уровней, почти полос, между -17,5 и -7,5 эВ, имеет преобладающий характер O [2p] и Si [3p]. Хотя два самых высоких занятых уровня представляют собой комбинации одиночных пар O [2p], большинство представляет собой σ-комбинации, которые удерживают вместе кадр D4R. И следующий набор уровней, начиная с −2,4 эВ, принадлежит соответствующим комбинациям O [2p] и Si [3p] σ *. Это незанятые уровни, представляющие интерес, поскольку мы ищем акцепторы для занятых фторидом орбиталей (17).Симметрия помогает в дальнейшем анализе: в точечной группе O _h атомная орбиталь фторида 2s имеет симметрию a _1g , а фторид 2p вырожден по t _1u симметрия. При поиске пустых МО D4R, которые несут симметрию a _1g и t _1u (и, таким образом, могут взаимодействовать с орбиталями фтора), мы обнаружили два уровня, перекрывающихся с орбиталями фтора до a значительная степень; их адаптированные к симметрии линейные комбинации атомных орбиталей p выделены на рис.6, при их соответствующих энергиях на графике DOS.

Существуют и другие низколежащие σ * -орбитали, даже набор t _1u , соответствующий симметрии F [2p], но не обеспечивающий хорошее перекрытие; только указанные уровни a _1g и t _1u делают это (в скобках антибондинговая комбинация a _1g оказывается необычной LUMO с центрированной ячейкой, и Roll, вычисленный, упомянутый выше) (16).

Для обеих этих орбиталей мы вычислили перекрытие молекулярных орбиталей фрагментов (F ^— @ D4R), S, , которое составило 0,44 для a _1g , и 0,30 (3 ×) для t _1u симметрия. Соответствующий перенос электрона, рассчитанный на основе анализа популяции Малликена, составляет 0,03 и 0,08 (3 ×). Это первое значение для переноса электрона кажется скромным, учитывая существенное перекрытие, но оно просто напоминает нам, что уровень фторида a _1g ([2s]) энергетически далеко от уровня D4R, принимающего a _1g (ЛЮМО).

В таблице 2 показаны вычисленные значения ∆ E _oi , разбитые по симметрии. Это подтверждает, что орбитали a _1g и t _1u определяют взаимодействие F ^— @ D4R (донор-акцептор), причем значения как минимум на порядок больше, чем для другие симметрии. Также подчеркивается, что связывание в основном контролируется расположенными выше t _1u орбиталями D4R.

Таблица 2.

Вклады раздельной симметрии в ΔE _или взаимодействия F – D4R

На рис. 7 суммированы доминирующие взаимодействия в терминах МО-диаграммы с вычисленными орбиталями. Эти взаимодействия подчеркивают комбинацию делокализации и симметрии в принимающих орбиталях D4R, которые приводят к нашему набору донорно-акцепторных взаимодействий.

Рис. 7.

Вычисленные σ * -орбитали a _1g и t _1u симметрия и их взаимодействие с симметрией фторида a _1g и 1g орбиталей.

Можем ли мы измерить степень связи между фторидом и силиконом в вершинах клетки? Исследование коэффициентов МО ясно указывает на связывающие комбинации F – Si. Полностью осознавая неоднозначность различных индексов облигаций, мы действительно находим 8 индексов облигаций Si – F Mayer (33) по 0,11 каждый. Индексы облигаций F – O практически равны нулю (около -0,005). Мы заключаем, что в этом ящике у нас есть восьмикоординатный фторид, принимающий участие в восьми гипервалентных взаимодействиях с Si в вершинах ящика.

Ограничение, деформация, молекулы и твердые тела.

В некотором смысле сценарий этой работы изменяет ранее принятые критерии жизнеспособности гипервалентности Braïda и Hiberty (34, 35) и Braïda et al. (36) в рамках теории валентных связей (34–36) и Бикельгауптом с соавторами в рамках теории МО (37). Эти модели связывают увеличение жизнеспособности гипервалентности с уменьшением потенциала ионизации и увеличением атомного радиуса центрального элемента. В настоящей работе наблюдается и обосновывается, что увеличение потенциала ионизации и уменьшение (ионного) размера способствуют лучшему связыванию в центре, т.е.е., F ^— > Cl ^— > Br ^— > I ^— . Эта смена тенденций является следствием того, что D4R действует как лигандный бокс, в том смысле, что восемь Si не окажутся в относительной близости чуть более 300 пм, если не будут взаимодействовать друг с другом. Мы проверили это с помощью оптимизации геометрии на восьми молекулах Si (OH) ₄ и восьми молекулах SiF ₄ .

Геометрия (и жизнеспособность) «обычной» гипервалентности в молекулах, в первую очередь, контролируется центральным элементом, а во вторую — электроотрицательностью лигандов.Например, Si может связывать пять атомов в тригональной бипирамиде в [SiH ₃ F ₂ ] ^— , тогда как C останется тетраэдрическим, то есть CH ₃ F с F ^— (27). В случае с F ^— @ D4R все наоборот. Наличие жесткой геометрии, коробки D4R, определяет, подойдет ли центральный элемент. В основном определяемое отталкиванием Паули (рис. 4), это можно назвать эффектом удержания. Гипервалентная связь между фторидом и восемью окружающими Si, затем добавляет прочный (гипервалентный) компонент связи.

Это подводит нас к интересной перспективе, потому что клей, скрепляющий восемь Si вместе, в данном случае сильные связи Si – O, обеспечивает связь с расширенными системами. Во многих из этих систем высокие координационные числа являются результатом сил упаковки, хотя они также могут возникать из-за взаимодействия металлических связей. Барьер, который упакованные структуры испытывают при деформации решетки, необходимой для смещения одиночного атома с его позиции, имеет аналогию с деформацией деформации, которая удерживает фторид в центре D4R.Если в результате принудительного удержания также существует возможность ковалентного или дативного связывания, следует соизмеримая высокая координация, реальное связывание, а не просто упаковка.

Даже проводя аналогию, мы понимаем, что есть что-то деликатное с F ^— @ D4R. Деформация, которую D4R испытывает при перемещении фторида из центра, мала по сравнению с любой деформацией решетки в протяженной структуре и фактически просто преодолевает дополнительную стабилизацию, связанную с более короткой и прочной связью Si – F (мы возвращаемся к рис.5). ^* Потребуется лишь небольшой, постоянный толчок, чтобы структура преодолела деформацию и деформировалась в сторону увеличения взаимодействия Si – F, как можно было бы ожидать от дискретной молекулы.

Изучая тонкое взаимодействие между взаимодействием и деформацией, мы намерены рассмотреть возможность 12-кратной координации в гексагональных или гранецентрированных плотноупакованных аналогах. Мы думаем, что напряжение и гипервалентность также работают вместе в этих системах. Их анализ потребует от нас окунуться в серую зону между молекулярной химией и химией твердого тела, чего мы и хотим достичь.

Предлагаемая нами взаимосвязь деформация – связь имеет место и в других областях химии. F ^— @ D4R напомнил нам замечательную историю, которую Шейк и Хиберти раскрыли нам для бензола — π-электронная система молекулы хотела бы исказить, даже если есть стабилизирующее ароматическое взаимодействие. Σ-система сопротивляется, удерживает молекулу D _6h и позволяет орбитальной стабилизации проявиться (38).

В самом деле, натяжение и склеивание не обязательно противопоставлять; они могут действовать согласованно.

Эпилог: несколько комментариев по экспериментальной химии.

Очевидно, что некоторые топологии цеолитов, содержащие звенья D4R, требуют добавления фторида в синтезе (39). Более ранние работы Джорджа и Кэтлоу (12, 13), Хагельберга и соавторов (14), Тосселла (15) и Лейна и Ролла (16), а также наш анализ показывают величину и природу связи. Фторид, действующий как матрица, аналогичен стабилизирующему лиганду, обеспечивая чистую стабилизацию более 80 ккал / моль для одной единицы D4R, как здесь рассчитано.Кроме того, наш орбитальный анализ проливает свет на удивительный химический состав цеолитов, полностью состоящих из диоксида кремния. Современные модели адсорбции и разделения цеолитами из диоксида кремния основаны на классической картине, где кинетический диаметр и устье пор являются единственными факторами, влияющими на эффективность управления. Мы показали, что цеолиты, полностью состоящие из диоксида кремния, обладают дополнительным координационно-химическим измерением, которое имеет фактор сильно делокализованного связывания.

Остается вопрос. Могут ли другие молекулы войти в эту архетипическую цеолитную клетку? Комната внутри маленькая.Потенциал гипервалентной связи центрального сайта, который мы идентифицировали, указывает на анионы или более электроотрицательные атомы. Мы оценили этот гидрид ( ΔE _нетто = −63 ккал / моль), катион лития [ ΔE _net = −35 ккал / моль, в соответствии с результатом, вычисленным Хагельбергом и соавторами. (14)], и гидроксид ( ΔE _net = -67 ккал / моль) также в значительной степени взаимодействуют с D4R. Но использование замечательных свойств D4R потребует удаления фторида из синтезированного цеолита, полностью состоящего из диоксида кремния, а эта задача еще не решена.Некоторые совсем недавние синтетические исследования показывают, что эта возможность не так уж и далека (40, 41). Мы надеемся, что эта работа еще больше подстегнет такие поиски. Можно также подумать об использовании гипервалентных способностей фторида к связыванию для стабилизации других полиэдрических каркасов, образованных переходными металлами, а также элементами 14-й группы.

Физическая геология Введение

Физическая геология Введение

 

Минералы - Строительные блоки из горных пород

Минералы


а) кристаллическое твердое тело - упорядоченное внутреннее
договоренность



   б) неорганические - не образуются как часть жизни
процесс


в) фиксированный состав или переменная между
фиксированные лимиты



г) встречающиеся в природе - не синтетические


Состояния вещества


Газ - отсутствие внутреннего устройства -
случайный




Жидкость - ближний порядок -



Твердое - некристаллическое - ближний порядок -
жидкообразная структура: стекло, опал



Твердый - кристаллический - дальний порядок - трехкомпонентный
размерная периодичность

Атомы


Жесткая сфера диаметром около 1 ангстрема.
- Ангстрем 10-10см




Электроны - отрицательные частицы



В центре атома находится ядро, которое
содержит большую часть массы атома




  Протоны с положительным зарядом


  Нейтроны без заряда - нейтральные



  кварки и другие интересные вещи


АТОМНЫЙ НОМЕР -Z- - это количество
протоны в ядре



Все атомы одного и того же ХИМИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА
ЭЛЕМЕНТ имеют такое же количество
ПРОТОНЫ - З.АТОМНОЕ МАССОВОЕ ЧИСЛО - N -
количество протонов плюс нейтроны в
ядро.




Все элементы имеют атомы, различающиеся по N
и называются ИЗОТОПЫ


Есть 92 так называемых встречающихся в природе
элементы



Два из этих элементов больше не найдены
на земле




Элементы с Z> 92 выполнены атомарно.
реакторы при очень высоких температурах, и они
быстро распадаться




ЭЛЕКТРОНЫ - отрицательно заряженные частицы
которые вращаются вокруг ядра




У нейтральных атомов одинаковое количество
протоны как электроны




ИОНЫ - это заряженные атомы - результат заряда
из сложения или вычитания из
количество электронов




КАТИОНЫ: ион имеет положительный заряд
следовательно, протонов больше, чем
электроны - электроны удалены






АНИОНЫ: ион имеет отрицательный заряд
следовательно, электронов больше, чем
протоны - добавлены электроны





Электроны распределяются по определенным орбитам
вокруг центрального ядра




Ближайший к ядру уровень - это K-оболочка,
затем L-оболочка, M-оболочка и т. д.
на.Каждая из этих оболочек называется
первичный квантовый уровень.



Максимальное количество электронов на уровне
увеличивается от ядра





Квантовое № Оболочка Макс.
         1 К 2
         2 л 8
         3 М 18
         п 2н2



Внутри каждого первичного квантового уровня находятся
области, в которых электроны не могут находиться




Если электрон падает с внешнего уровня на
уровень ближе к ядру, энергия отдается
- рентгеновские лучи







ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ





Принцип Aufbau или наращивания




Начните с одного протона - он уравновешен
одиночный электрон в K-оболочке




Это элемент Водород - H





Добавьте еще один протон.Второй электрон
входит в оболочку K, которая теперь заполнена




Это элемент Гелий - He


Добавляем третий протон - третий электрон входит
оболочка L и находится дальше от
ядро - это элемент Литий - Li







Самые внешние электроны - это ВАЛЕНТНОСТЬ
электроны. Эти электроны участвуют в
формирование ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ между
элементы для образования СОЕДИНЕНИЙ (Минералы)




Элементы с 8 валентными электронами вполне
стабильная и труднопроходимая форма
соединения - ИНЕРТНЫЕ ГАЗЫ





ПЕРИОДИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА




Элементы имеют свойства, которые могут быть связаны
их атомному номеру (числу протонов в
ядро) и распределение электронов
вокруг ядра.Элементы в одном столбце (группе) имеют
схожие характеристики ... Группа IA все +1 ...
Группа VIIIA - инертные газы.



Химическая связь




ИОННЫЕ СВЯЗИ


Передача электронов от одного элемента к
другой (образующий как катион, так и
анион). Это удерживает ионы вместе.





КОВАЛЕНТНЫЕ СВЯЗИ


Обмен электронами между двумя или более
элементы: Углерод требует 4 валентности
электронов и 2 атомов углерода могут делиться 4
электроны каждый







Модели упаковки




Сферы одинакового размера не могут заполнить все
пространство равномерно




Открытые пространства остаются тогда, когда наиболее эффективны
реализованы формы упаковки: шестиугольная и
Ближайшая кубическая упаковка: ~ 28% открытого пространства или
пустоты и 72% сфер


В этих двух схемах упаковки есть два
виды открытых пространств.Тетраэдрические пустоты - открытое пространство
в окружении четырех ближайших соседей:
пирамида состоит из четырех равносторонних
треугольники






Октаэдрические пустоты - открытое пространство, окруженное
шестью ближайшими соседями: октаэдром -
восьмиугольная фигура с каждой гранью
равносторонний треугольник




Если каркас образуют анионы кислорода, другие
катионы могут вписаться в тетраэдрический
или октаэдрические пустоты










Координационные номера



Чем меньше катион, тем меньше
отверстие, в которое он может вписаться



2 раза - линейное расположение


3 раза - треугольник



4 раза - тетраэдр или квадрат



6-кратный - октаэдр



8 крат - куб

Некоторые элементы, такие как алюминий, могут поместиться в
две схемы координации




Другие, такие как Кремний, предпочитают одну схему -
тетраэдр










Температура и давление могут изменять
координационные номера




Повышение давления способствует более плотной упаковке:
повышение координации - увеличение плотности





Повышение температуры способствует большей открытости
упаковка: уменьшение согласованности -
уменьшение плотности





Полиморфизм




Соединения того же состава, но
разные конструкции.SiO2 - один кремний и 2 атома кислорода



    4 6
SiO2 SiO2
кварц стишовит




Какая фаза является формой высокого давления?



У кого самая высокая плотность?




Жидкий раствор




Некоторые жидкости смешиваются во всех пропорциях: джин
и молоко. Есть два конечных члена (джин
и молоко) и смесь будет иметь свойства
это зависит от того, сколько на каждом конце
участник добавлен.





Другие жидкости не смешиваются - несмешиваются -










Твердый раствор



Некоторые твердые вещества смешиваются во всех пропорциях и
другие не будут.6 4 6 4
Mg2SiO4 Fe2SiO4

Оливин - это название, данное всем смесям.
между концевыми элементами, богатыми магнием и железом.



Обильные элементы




Водород и гелий - два самых
изобилие элементов во вселенной




На Земле изобилие элементов связано с
разные сферы:



  Атмосфера: азот (80%) и кислород
  (19%)

  Литосфера: континентальная кора






Континентальный разлом



Элемент Вес% Размер Упаковка


Кислород - O 47% 1.4A
Кремний - Si 28% .4A 4 раза
Алюминий-Al 8%.5А 4,6 раза
Железо - Fe 5%. 72A 6 раз
Кальций - Ca 4% 1.0A 8 раз
Натрий - Na 3% 1.0A 8 крат
Калий - K 2,5% 1,4A 8 раз
Магний - Mg 2,1% .65A 6-кратный



Физические свойства


Блеск - появление в отраженном свете


Спайность - структурный контролируемый разрыв


Разрушение - неструктурный контролируемый разрыв


Плотность - масса / объем


Цвет - часто зависит от примесей


Твердость - устойчивость к царапинам


Шкала твердости Мооса

Относительный масштаб

10 - Бриллиант

9 - Корунд

7 - Кварц

6 - Полевой шпат: стекло / лезвие ножа

5 - Апатит: зубы

3 - Кальцит: ноготь


1 - Тальк


Силикаты


Основной структурной единицей является кремний.
и кислородный тетраэдр.Четыре кислорода сидят
по углам тетраэдона и
кремний находится в центре.


Эти тетраэдры могут быть расположены в различных
способы путем совместного использования одного или нескольких кислородов
между соседними тетраэдрами.



Существует около 3500 признанных минералов.
найдено на Земле.



Для нашей цели мы можем сосредоточиться примерно на
дюжина.


Силикаты - Si, O и другие элементы


Самая распространенная группа минералов в
земной коры


Карбонаты - Ca, Mg и CO3



Соли - NaCl



Силикатные минералы



Кремний-кислородный тетраэдр - это
фундаментальная структурная единица.Кислороды занимают
углы тетраэдра и кремния
сидит в центре.



Силикаты отличаются друг от друга как функции
степени обмена кислорода с
смежные тетраэдры.



Состав группы


Оливин, изолированные Fe и Mg

Одноцепочечный пироксен Ca, Fe и Mg


Двойные цепи амфибола Ca, Fe, Mg
(с "ОН")


Слюдяные листовые силикаты K, богатые Na
(с "ОН")


Плагиоклаз Тектосиликаты, богатые кальцием и натрием


Щелочные тектосиликаты, богатые натрием и калием
Полевой шпат

                                                                          
Кварц Тектосиликаты Si



Силикаты - Распределение


Оливиновая мантия / Астеносфера


Пироксеновая мантия / Астеносфера


Амфиболовая кора / мантия


Слюдяная корка


Плагиоклаз океанической коры


Континентальная кора щелочного полевого шпата


Кварцевая континентальная кора
  

Определение минералов | Геология

Выявление и классификация обычных породообразующих минералов.

Твердая земля состоит из горных пород, состоящих из минералов. Чтобы понять горные породы, вам необходимо ознакомиться с минералами и способами их определения. Этот результат дает вам основу, необходимую для понимания терминов, используемых при идентификации минералов.

Этот раздел познакомит вас с минералами. Вы изучите различные методы, используемые геологами для идентификации и классификации полезных ископаемых.

Что вы научитесь делать

• Определение минералов по их физическим характеристикам.
• Отсортируйте минералы по правильному классу минералов.

Физические характеристики минералов

Что такое минералы?

Все породы, кроме обсидиана и угля, состоят из минералов. (Обсидиан — это вулканическая порода, состоящая из стекла, а уголь состоит из органического углерода.) Большинство горных пород содержат несколько минералов в смеси, характерной для определенного типа горных пород. При идентификации породы вы должны сначала определить отдельные минералы, составляющие эту породу.

Минералы — это природные неорганические твердые вещества с определенным химическим составом и структурой кристаллической решетки.Хотя тысячи минералов в земле были идентифицированы, только десять минералов составляют большую часть объема земной коры: плагиоклаз, кварц, ортоклаз, амфибол, пироксен, оливин, кальцит, биотит, гранат и глина.

Вместе химическая формула (типы и пропорции химических элементов) и кристаллическая решетка (геометрия расположения и связи атомов) определяют физические свойства минералов.

Химическая формула и кристаллическая решетка минерала могут быть определены только в лаборатории, но, исследуя минерал и определив несколько его физических свойств, вы можете идентифицировать минерал.Во-первых, вам необходимо ознакомиться с физическими свойствами минералов и их распознаванием.

Минералы можно идентифицировать по их физическим характеристикам. Физические свойства минералов связаны с их химическим составом и связью. Некоторые характеристики, такие как твердость минерала, более полезны для идентификации минерала. Цвет легко наблюдать и определенно очевиден, но обычно он менее надежен, чем другие физические свойства.

Как идентифицируются минералы?

Рисунок 1.Этот минерал имеет блестящие, золотые, кубические кристаллы с бороздками, поэтому это пирит.

Минералоги — ученые, изучающие полезные ископаемые. Одна из вещей, которую должны сделать минералоги, — это идентифицировать и классифицировать минералы. Хотя минералог может использовать мощный микроскоп для идентификации некоторых минералов, большинство из них можно распознать по физическим свойствам.

Посмотрите на минерал на Рисунке 1. Какого цвета минерал? Какая у него форма? Отдельные кристаллы блестящие или тусклые? Есть ли линии (полосы), проходящие через минералы?

Цвет, полосы и блеск

Бриллианты — популярные драгоценные камни, потому что благодаря тому, что они отражают свет, они очень блестят.Бирюза ценится за яркий зеленовато-голубой цвет. Обратите внимание, что для описания внешнего вида минералов используются определенные термины.

Цвет

Рис. 2. Этот минерал блестящий, очень мягкий, тяжелый, имеет золотой цвет, а на самом деле это золото.

Цвет часто бывает полезным, но на него нельзя полагаться. Различные минералы могут быть одного цвета. Настоящее золото, как показано на Рисунке 2, очень похоже по цвету на пирит на Рисунке 1.

Кроме того, некоторые минералы бывают разных цветов.Кварц, например, может быть прозрачным, белым, серым, коричневым, желтым, розовым, красным или оранжевым. Таким образом, цвет может помочь, но не полагайтесь на цвет как на определяющее свойство. На рис. 3 показан один образец бесцветного кварца, а другой — пурпурный. Небольшое количество железа делает кварц пурпурным. Многие минералы окрашены химическими примесями.

Рис. 3. Фиолетовый кварц, известный как аметист, и прозрачный кварц — это один и тот же минерал, несмотря на разные цвета.

Глянец

Lustre описывает отражение света от поверхности минерала.У минералогов есть особые термины для описания блеска. Один простой способ классифицировать блеск основан на том, является ли минерал металлическим или неметаллическим. Непрозрачные и блестящие минералы, такие как пирит, имеют металлический блеск. Такие минералы, как кварц, имеют неметаллический блеск.

Блеск — это то, как поверхность минерала отражает свет. Это не то же самое, что цвет, поэтому очень важно отличать блеск от цвета. Например, минерал, описываемый как «блестящий желтый», описывается с точки зрения блеска («блестящий») и цвета («желтый»), которые представляют собой два разных физических свойства.Стандартные названия блеска включают металлический, стеклянный, жемчужный, шелковистый, жирный и тусклый. Часто бывает полезно сначала определить, имеет ли минерал металлический блеск. Металлический блеск означает сияние, как полированный металл. Например, очищенные полированные детали из хрома, стали, титана, меди и латуни имеют металлический блеск, как и многие другие минералы. Из неметаллических блесков наиболее распространенным является стекловидный блеск, который означает, что поверхность минерала отражает свет, как стекло. Перламутровый блеск важен для идентификации полевых шпатов, которые являются наиболее распространенным типом минералов.Жемчужный блеск — это тонкая переливчатость или игра цветов в отраженном свете, точно так же, как жемчуг отражает свет. Шелковистый означает отражение света шелковым блеском. Жирный блеск похож на блеск застывшего жира бекона. Минералы с тусклым блеском очень мало отражают свет. Чтобы определить блеск, нужно немного попрактиковаться. Не забывайте отличать блеск от цвета.

Различные типы неметаллического блеска описаны в таблице 1.

Таблица 1. Шесть типов неметаллического блеска.
Глянец	Внешний вид
Адамантин	Спаркли
Земляной	Тусклый, похожий на глину
жемчужный	Перламутровый
Смолистые	Такие же смолы, как древесный сок
Шелковистый	Мягкие на вид с длинными волокнами
Стекловидное тело	Стекло

Можете ли вы сопоставить минералы на Рисунке 4 с правильным блеском из Таблицы 1?

Рисунок 4.(а) Алмаз имеет адамантиновый блеск. (b) Кварц не блестит и имеет стекловидный или стеклянный блеск. (c) Сера отражает меньше света, чем кварц, поэтому имеет смолистый блеск.

Полоса

Рис. 5. Полоса гематита на неглазурованной фарфоровой пластине красно-коричневого цвета.

Streak — цвет минерального порошка. Штрих — более надежное свойство, чем цвет, потому что штрихи не меняются. Минералы одного цвета могут иметь полосу разного цвета.Многие минералы, такие как кварц на Рисунке 3, не имеют полос.

Чтобы проверить наличие полос, соскребите минерал по неглазурованной фарфоровой пластине (Рисунок 5). Желто-золотой пирит имеет черноватую полосу, еще один показатель того, что пирит не является золотом, имеющий золотисто-желтую полосу.

Удельный вес

Плотность описывает, сколько материи находится в определенном объеме пространства: плотность = масса / объем.

Масса — это мера количества вещества в объекте.Объем места, занимаемого объектом, определяется его объемом. Плотность объекта зависит от его массы и объема. Например, вода в стакане для питья имеет ту же плотность, что и вода в том же объеме бассейна.

Плотность вещества сравнивается с плотностью воды. Более плотные вещества имеют более высокий удельный вес.

Твердость

Твердость — это прочность, с которой минерал сопротивляется царапанию или проколам своей поверхности.При работе с ручными образцами без специальных инструментов твердость минералов задается по шкале твердости Мооса. Шкала твердости Мооса основана на 10 стандартных минералах, от самого мягкого талька (твердость по Моосу 1) до самого твердого алмаза (твердость по Моосу 10). Это относительный или нелинейный масштаб. Твердость 2,5 просто означает, что минерал тверже гипса (твердость по Моосу 2) и мягче кальцита (твердость по Моосу 3). Чтобы сравнить твердость двух минералов, посмотрите, какой минерал царапает поверхность другого.

Таблица 2. Шкала твердости Мооса
Твердость	Индекс Минералов	Общие объекты
1	тальк
2	гипс	Ноготь 2,5 мм
3	кальцит	Медь чистая, 3,5, нелакированная
4	флюорит
5	полевой шпат	5 к 5.5-нержавеющая сталь
		от 5,5 до 6 стекол
6	апатит	Напильник из стали твердостью от 6 до 6,5
7	кварц
8	топаз
9	корунд
10	алмаз

С помощью шкалы Мооса любой может проверить твердость неизвестного минерала. Представьте, что у вас есть неизвестный минерал.Вы обнаружите, что он может поцарапать флюорит или даже полевой шпат, но апатит поцарапает его. Тогда вы знаете, что твердость минерала составляет от 5 до 6. Учтите, что ни один другой минерал не поцарапает алмаз.

Раскол и перелом

При разрыве минерала разрываются его химические связи. Поскольку некоторые связи слабее, чем другие связи, каждый тип минерала может разорваться там, где связи между атомами слабее. По этой причине минералы распадаются характерным образом.

Спайность

Рисунок 6.Крупным планом — хлорид натрия в водном пузыре на борту Международной космической станции.

Раскол — это тенденция минерала к разрушению в определенных плоскостях с образованием гладких поверхностей. Галит разделяется между слоями натрия и хлора, образуя кубы с гладкой поверхностью (рис. 6).

Минерал, который естественным образом распадается на идеально плоские поверхности, демонстрирует раскол. Не все минералы имеют спайность. Спайность представляет собой направление слабости кристаллической решетки.Поверхности сколов можно отличить по тому, как они постоянно отражают свет, как будто они полированные, гладкие и ровные. Свойства расщепления минерала описываются с точки зрения количества расщеплений и, если более одного расщепления, углов между расщеплениями. Количество расщеплений — это количество или направление расщепления минерала. Минерал может иметь 100 поверхностей скола, параллельных друг другу. Они представляют собой один скол, потому что все поверхности ориентированы в одном направлении.Возможное количество сколов, которые может иметь минерал, составляет 1, 2, 3, 4 или 6. Если имеется более одного скола, а устройство для измерения углов недоступно, просто укажите, пересекаются ли сколы под углом 90 ° или нет. 90 °.

Чтобы увидеть раскол минерала, поднесите минерал к источнику яркого света и переместите его, переместите еще немного, чтобы увидеть, как разные стороны отражают свет. Направление расщепления проявляется в виде гладкого, блестящего, равномерно яркого сияния света, отраженного одним набором параллельных поверхностей на минерале.

Слюда имеет спайность в одном направлении и образует листы (рис. 7).

Рисунок 7. Листы слюды.

Рис. 8. Этот необработанный алмаз показывает октаэдрическую спайность.

Минералы могут раскалываться на многоугольники. Флюорит образует октаэдры (рис. 8).

Одна из причин, по которой драгоценные камни красивы, заключается в том, что плоскости спайности создают привлекательную форму кристалла с гладкими гранями.

Перелом

Трещина — это разлом в минерале, не лежащий в плоскости спайности.Трещины не всегда одинаковы в одном и том же минерале, потому что разрушение не определяется структурой минерала.

Минералы могут иметь характерные трещины (Рисунок 9). Металлы обычно трескаются, образуя неровные края. Если минерал раскалывается, например, дерево, он может быть волокнистым. Некоторые минералы, например кварц, при разрушении образуют гладкие изогнутые поверхности.

Рисунок 9. Хризотил имеет осколочный излом.

Все минералов имеют трещины. Перелом — это разрыв, который происходит в направлениях, которые не являются направлениями спайности.Некоторые минералы, например кварц, вообще не имеют спайности. Когда минерал без раскола разбивается молотком, он раскалывается во всех направлениях. Говорят, что кварц демонстрирует раковинные трещины. Раковидный перелом — это способ разбивания толстого куска стекла с концентрическими изогнутыми выступами на сломанных поверхностях. Однако некоторые кристаллы кварца имеют так много дефектов, что вместо того, чтобы демонстрировать конхоидальный излом, они просто демонстрируют неравномерный излом. Неправильный перелом — это стандартный термин для обозначения переломов, которые не проявляют никаких качеств других типов переломов.При вводной геологии ключевые типы трещин, о которых следует помнить, — это неправильная форма, которую демонстрирует большинство минералов, и раковинная форма, наблюдаемая в кварце.

Форма кристалла

Все минералы кристаллические, но только некоторые из них имеют возможность проявлять формы своих кристаллов, свои кристаллические формы. Многие минералы в вводной геологической лаборатории не имеют кристаллической формы. Если у минерала есть пространство во время роста, он может образовывать природные кристаллы, форма которых отражает геометрию внутренней кристаллической решетки минерала.Форма кристалла соответствует симметрии его кристаллической решетки. Кварц, например, образует шестигранные кристаллы, демонстрируя гексагональную симметрию его кристаллической решетки. Здесь следует помнить о двух усложняющих факторах: (1) минералы не всегда образуют красивые кристаллы, когда они растут, и (2) грань кристалла отличается от поверхности спайности. В процессе роста минерала образуется грань кристалла. При разрушении минерала образуется поверхность скола.

Другие идентифицирующие признаки

Есть некоторые свойства, которые помогают различить только небольшое количество минералов или даже один минерал.Примером такого особого свойства является бурная реакция кальцита на слабый раствор соляной кислоты (5% HCl). Кальцит шипит или вскипает, когда раствор HCl растворяет его и выделяет газ CO ₂ . Кальцит легко идентифицировать даже без проверки реакции на HCl по его твердости, блеску и расщеплению.

Еще одно особое свойство — магнетизм. Это можно проверить, посмотрев, реагирует ли небольшой магнит на минерал. Самый распространенный минерал, обладающий сильными магнитными свойствами, — это минерал магнетит.Особое свойство, которое проявляется в некоторых образцах полевого шпата плагиоклаза, — это его склонность к появлению полос на поверхностях скола. Штрихи представляют собой идеально прямые, тонкие, параллельные линии. Чтобы увидеть полосы на поверхностях расщепления плагиоклаза, может потребоваться увеличение. Могут встречаться и другие особые свойства в зависимости от минералов.

Некоторые минералы обладают другими уникальными свойствами, некоторые из которых перечислены в таблице 3. Можете ли вы назвать уникальное свойство, которое позволило бы вам мгновенно идентифицировать минерал, который довольно подробно описан в этой главе? (Подсказка: скорее всего, он найдется на вашем обеденном столе.)

Таблица 3. Некоторые минералы обладают необычными свойствами, которые можно использовать для идентификации.
Имущество	Описание	Пример минерала
Флуоресценция	Минерал светится в ультрафиолете	Флюорит
Магнетизм	Минерал притягивается к магниту	Магнетит
Радиоактивность	Минерал испускает радиацию, которую можно измерить счетчиком Гейгера	Уранинит
Реакционная способность	Пузырьки образуются при воздействии на минерал слабой кислоты	Кальцит
Запах	Некоторые минералы имеют характерный запах	Сера (пахнет тухлыми яйцами)
Вкус	Некоторые минералы имеют соленый вкус	Галит

Классификация минералов

Минералы классифицируются по химическим свойствам.За исключением класса природных элементов, химической основой для классификации минералов является анион, отрицательно заряженный ион, который обычно появляется в конце химической формулы минерала. Например, сульфиды основаны на ионе серы S ^2–. Пирит, например, FeS ₂ , является сульфидным минералом. В некоторых случаях анион относится к классу многоатомных минералов, например (CO ₃ ) ^2–, карбонат-ион. Основные классы минералов:

• силикаты
• сульфиды
• карбонаты
• оксиды
• галогениды
• сульфаты
• фосфаты
• родные элементы

Силикаты

На основе многоатомного аниона (SiO ₄ ) ^4–, имеющего тетраэдрическую форму.Большинство минералов земной коры и мантии представляют собой силикатные минералы. Все силикатные минералы состоят из кремний-кислородных тетраэдров (SiO ₄ ) ^4– в различных связях, которые создают разные кристаллические решетки. Вы можете понять свойства силикатного минерала, такие как форма кристалла и расщепление, зная, какой тип кристаллической решетки он имеет.

• В несиликатах , также называемых островными силикатами, силикатные тетраэдры отделены друг от друга и полностью связаны с несиликатными атомами.Оливин — островной силикат.
• В соросиликатах или парных силикатах, таких как эпидот, силикатные тетраэдры связаны попарно.
• В циклосиликатах , также называемых кольцевыми силикатами, силикатные тетраэдры соединены в кольца. Берилл или изумруд — это кольцевой силикат.
• В филлосиликатах или листовых силикатах тетраэдры связаны по трем углам, образуя плоские листы. Биотит — это листовой силикат.
• В одноцепочечных иносиликатах силикатные тетраэдры связаны в одноцепочечные соединения.Пироксены представляют собой одноцепочечные иносиликаты.
• В двухцепочечных иносиликатах силикатные тетраэдры связаны в двойные цепи. Амфиболы представляют собой двухцепочечные силикаты.
• В тектосиликатах , также известных как силикаты каркаса, все углы силикатных тетраэдров связаны с углами других силикатных тетраэдров, образуя полный каркас силикатных тетраэдров во всех направлениях. Полевой шпат, наиболее распространенный минерал в земной коре, и кварц являются силикатами каркаса.

Сульфиды

Они основаны на ионе сульфида, S ^2–. Примеры включают пирит, FeS ₂ , галенит, PbS, и сфалерит, ZnS в его чистой цинковой форме. Некоторые сульфиды добываются как источники таких металлов, как цинк, свинец, медь и олово.

Карбонаты

Они основаны на карбонат-ионе (CO ₃ ) ^2–. Кальцит, CaCO ₃ , и доломит, CaMg (CO ₃ ) 2, являются карбонатными минералами. Карбонатные минералы, как правило, относительно легко растворяются в воде, особенно в кислой воде, а природная дождевая вода имеет слабокислый характер.

Оксиды

Они основаны на анионе кислорода O ^2–. Примеры включают оксиды железа, такие как гематит, Fe ₂ O ₃ и магнетит, Fe ₃ O ₄ и пиролюзит, MgO.

Галогениды

Они содержат галоген в качестве аниона, будь то фторид, F ^— , хлорид, Cl ^— , бромид, Br ^— , йодид, I ^— , или астатид, At ^— . Галит, NaCl, представляет собой галогенидный минерал.

Сульфаты

Они содержат многоатомный сульфат-ион (SO ₄ ) ^2– в качестве аниона. Ангидрит, CaSO ₄ , представляет собой сульфат.

Фосфаты

Они содержат многоатомный фосфат-ион (PO ₄ ) ^3– в качестве аниона. Фторапатит, Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ F, который делает ваши зубы твердыми, представляет собой фосфатный минерал.

Родные элементы

Они состоят только из одного элемента.Золото (Au), самородная медь (Cu), алмаз и графит, состоящие из углерода, являются минералами самородных элементов. Напомним, что минерал определяется как встречающийся в природе. Следовательно, элементы, очищенные и кристаллизованные в лаборатории, не считаются минералами, если они также не были обнаружены в природе.

Таблицы классификации минералов

В таблицах 1–3 твердость измеряется по шкале твердости Мооса. Читая таблицы, вы можете нажимать на изображения минералов, чтобы увидеть увеличенную версию фотографии.

Таблица 3. Металлический блеск
Обычный цвет	Твердость	Раскол / перелом	Название минерала	Фотография минерала
черный или темно-серый	6	нерегулярный	магнетит
медно-желтый	6	нерегулярный	пирит
медно-желтый	4	нерегулярный	халькопирит
серебристый	3	3 плоскости под прямым углом	галенит

Как определять минералы

Во-первых, вам нужен хороший свет и наручная линза или увеличительное стекло.Ручная линза — это небольшое увеличительное стекло с двумя линзами, которое имеет силу увеличения не менее 8 × и может быть куплено в некоторых книжных магазинах и магазинах природы.

Минералы идентифицируются на основе их физических свойств, которые были описаны в предыдущем разделе. Чтобы идентифицировать минерал, вы внимательно смотрите на него. На первый взгляд кальцит и кварц похожи. Оба обычно бесцветные, со стекловидным блеском. Однако по другим своим свойствам они совершенно разные. Кварц намного тверже, он достаточно твердый, чтобы поцарапать стекло.Кальцит мягкий и не царапает стекло. Кварц не имеет минерального раскола и ломается так же, как разбивается стекло. Кальцит имеет три направления расщепления, которые встречаются под углами, отличными от 90 °, поэтому он распадается на твердые части с идеально плоскими, гладкими, блестящими сторонами.

При идентификации минерала необходимо:

1. Присмотритесь к нему со всех сторон, чтобы увидеть, как он отражает свет
2. Проверить твердость
3. Определите скол или трещину
4. Назовите его блеск
5. Оценить любые другие физические свойства, необходимые для определения идентичности минерала.

В таблицах минералов, которые прилагаются к этому разделу, минералы сгруппированы по их блеску и цвету.Их также классифицируют на основе их твердости, а также их расщепления или излома. Если вы можете определить несколько из этих физических свойств, вы сможете идентифицировать минерал.

В этом видео показан простой урок о том, как определять минералы.

Проверьте свое понимание

Ответьте на вопросы ниже, чтобы увидеть, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе. В этой короткой викторине , а не засчитываются в вашу оценку в классе, и вы можете пересдавать ее неограниченное количество раз.

Используйте этот тест, чтобы проверить свое понимание и решить, следует ли (1) изучить предыдущий раздел дальше или (2) перейти к следующему разделу.

Как магма плавится и смешивается под землей и влияет на характеристики извержения

Эта диаграмма показывает, что поднимающаяся магма следует за зонами слабости, либо горизонтальными, образующими порог, либо вертикальными, образующими дайку. Магма Уинкарет приходит примерно на 15-55 миль ниже поверхности. Первый раздел, посвященный плато Колорадо, бассейну и хребту, а также раздел геологии веб-сайта, обеспечил прочную основу для понимания расширения земной коры бассейнов и хребтов.На этой странице рассматривается, как магма вводится в земную кору, почему существует такой диапазон типов извержений: от фонтанов лавы и потоков лавы до взрывных пирокластических явлений в бассейне и хребте. Стоит отметить, что очень маловероятно, что мы увидим извержение в следующем столетии. Если мы это сделаем, то вряд ли это будет катастрофическое извержение в стиле горы Сент-Хеленс, оно будет похоже на то, что видели в Килауэа на Гавайях в 2018 году. проявил какие-либо волнения.Это не означает, что в будущем в регионе не будет извержений типа вулкана Сент-Хеленс, но они встречаются гораздо реже и предупредят ученых за несколько месяцев до извержения. Поскольку расширение бассейна и хребта истончило кору, магма может подниматься на поверхность через разломы и трещины. Геологи говорят, что магма следует тектонике. Поскольку кора была растянута, это создало зону относительно низкого давления в литосфере. Мантия поднялась, чтобы заполнить область, некогда занимаемую толстой корой.Мантийная магма пользуется преимуществами этих слабостей и вводится в разломы, где два скальных тела сталкиваются друг с другом. Магма также разделяет «суставы», которые представляют собой трещины в скале, где нет движения, но являются слабыми местами. Эти трещины микроскопические, поэтому геотермальный флюид, поднимающийся перед магмой, первым закачивается в трещины. Под действием гидравлического давления и газов, выходящих из раствора в магме, они расширяют трещины. Затем следует магма. Это формирует сеть дамб и порогов, поскольку магма находит путь наименьшего сопротивления. Так много ли из этих магматических сетей находится под частями Бассейна и Хребта? Действительно есть. Называемый вулканическими полями, Парашант имеет одно активное поле, называемое Уинкарет VF, которое находится под горой Трамбалл. Также есть три вымерших вида в Парашанте под горой Блэк-Рок, на плато Шиввиц и в желобе Гранд-Уош. Они намного старше, чем Uinkaret VF. VF Горы Блэк-Рок датируется примерно в начале расширения бассейнов и хребтов примерно 17-15 млн лет назад (более 15 миллионов лет назад).VF Шиввица был активен около 9-6 млн лет назад, а VF Гранд-Уош — около 6-4 млн лет назад. В бассейне Пакун в Парашанте эрозия обнажила сеть дамб, порогов и вулканических перешейков, где ныне потухший VF Гранд-Уош вызывал повторяющиеся извержения, такие как вулканическое перешеек у Пакун-Спрингс (на фото), потоки лавы и дайки на холмах Олаф и многие другие. другие. Вулканические поля эфемерны и в конечном итоге вымирают. Тектоника земной коры заставляет магму перемещаться в новые места. Уинкарет — активное вулканическое поле Парашанта.Оно начало извергаться ~ 3,6 миллиона лет назад. На этом поле были сотни извержений. 215 из них были нанесены на карту на поверхности, и многие другие похоронены под ними. Другие были стерты, поскольку река Колорадо и ее притоки впадают в плато Колорадо. Остатки вулканических шеек можно увидеть в скальных стенах Гранд-Каньона. Два огромных разлома в Парашанте и Гранд-Каньоне помогли подняться магме. Это будет объяснено далее в следующем разделе, но это разломы Hurricane и Toroweap, два наиболее активных разлома в Аризоне. Парашант также находится очень близко к нескольким вулканическим полям недалеко от Сент-Джордж, штат Юта. Один называется Santa Clara VF. SCVF был очень активен в течение последних нескольких миллионов лет. Его шлаковые конусы и потоки лавы усеивают пейзаж вокруг Святого Георгия. Вулканическое поле Санта-Клара получило свое название от исторического города Санта-Клара. Его последнее извержение произошло 32000 лет назад на территории современного парка Сноу-Каньон, оставив после себя два шлаковых конуса и поток лавы длиной девять миль. Геологическая служба США определила, что месторождение Санта-Клара находится в спящем состоянии, но не исчезло.Вероятность высыпания крайне мала. Похоже, что оно извергалось только один раз за последние 100 000 лет. Большая часть его активности была между 700 000 и 100 000 лет назад. В Сент-Джорджесе также находятся горы Сосновой долины. Это еще одна вулканическая особенность, но она старше вулканических полей и образовалась в последние дни субдукции Фараллонской плиты в этом регионе. Он образовался около 22 миллионов лет назад. Это лакколит, то есть он образовался из гигантского магматического тела, поднявшегося из мантии в кору.Вместо того, чтобы извергнуться, он внедрился между слоем песчаника навахо и формациями Temple Cap / Carmel над ним. Подобно наполнению пончика сливками, магма раздула эту зону, но не прорвалась, чтобы извергнуться. Магма медленно остывала в массивное гранитное тело, называемое лакколитом. Горы Сосновой долины — самый большой лакколит в Соединенных Штатах и ​​один из крупнейших в мире. Другие близлежащие лакколиты, такие как горы Ла-Саль у национального парка Арчес, горы Генри и гора Навахо, также являются лакколитами, образованными в то время, когда умирала зона субдукции плиты Фараллон, когда огромные тела магмы поднимались в кору.Одно из этих событий нагнетания магмы в Вах-Вах-Спрингс в западной части штата Юта фактически прорвало поверхность и вызвало одно из крупнейших извержений в мире, намного большее, чем сверхизвержения Йеллоустоуна. С тех пор эрозия удалила более мили слоев осадочных пород над лакколитами, оставив эти устойчивые к эрозии гранитные тела обнаженными на поверхности. Период образования лакколитов закончился, когда 17 миллионов лет назад началось расширение бассейнов и хребтов. Рядом с Санкт-Петербургом есть несколько вулканических полей.Джордж. Одно из них, вулканическое поле Маркагунт, также может снова извергнуться в ближайшие несколько столетий. Он включает в себя части национального памятника Сидар-Брейкс и национальных парков Зайон. Оно было оценено как низкий уровень риска для людей. Последнее извержение вулкана произошло около 980 лет назад около озера Пангитч, а за последние 10 000 лет произошло несколько извержений. Одна интересная особенность этого вулканического поля — немного большее количество кремнезема в недавних извержениях, которые создали потоки лавы, которые текли медленно и достигали 200 футов в высоту, потому что лава была слишком вязкой, чтобы течь, как сироп, по земле.Black Rock Desert VF находится к югу от Дельты, штат Юта. Это привело к появлению нескольких шлаковых конусов и потоков лавы, включая извержения холмов Пахвант и ледяного источника. Ледяной источник — самое недавнее событие в Юте, извергнувшееся около 660-720 лет назад. Геологическая служба США сообщила, что в случае повторного извержения вулкана существует умеренный риск для человеческой деятельности. Однако на этом месторождении также наблюдались взрывные извержения высококремнистого газа и взрывы пирокластического пепла, как на горе Сент-Хеленс. Это связано с тем, что его магма иногда сидит в течение продолжительных периодов времени и плавит дополнительный кремнезем в магме перед извержением.Этот химический состав будет объяснен позже, но в основном он делает магму очень липкой и взрывоопасной, в отличие от типичных извержений в гавайском стиле в этом регионе. Пик Сан-Франциско VF находится к востоку от Флагстаффа и также представляет собой умеренный риск. Вулканологи считают, что в ближайшем будущем у него самые высокие шансы извержения вулкана по сравнению с другими вулканическими полями. Он имеет такой же взрывоопасный риск, что и VF Black Rock Desert, поскольку в нем было много пирокластических извержений. Тем не менее, большинство из его 600+ извержений также являются событиями в гавайском стиле.Несколько лет назад вулканологи отслеживали активное магматическое тело, движущееся ниже SFVF, когда несколько лет назад оно вызвало несколько небольших землетрясений. Однако с тех пор это тело магмы перестало двигаться. Есть много других активных, бездействующих и потухших вулканических полей по всему бассейну и хребту. По мере того как растяжение земной коры продолжается, зоны низкого давления перемещаются медленно, поэтому появление нового вулканического поля и новое извержение одного из существующих полей — лишь вопрос времени. Расширение бассейнов и хребтов — не единственная причина вулканической активности на юго-западе.Глядя на карту всех вулканических полей на западе Соединенных Штатов, одна область представляет особый интерес, и она проходит прямо через Парашант. Вулканическая активность была очень высокой в ​​течение миллионов лет от Дельты, штат Юта, к югу от Сент-Джордж, штат Юта, затем на юго-запад через Парашант до района Флагстафф, затем на восток через Хопи-Баттс VF возле национального парка Петрифайд-Форест, затем через Эль-Мальпаис VF возле Альбукерке. и, наконец, на север через Санта-Фе к национальным памятникам Валлес Кальдера и вулкан Капулин.Что означает эта цепочка вулканических полей? Это южный край плато Колорадо! Как объяснялось в разделе 1, исследования, кажется, показывают, что вулканизм в этой области нагнетается за счет таяния нижних частей плато Колорадо. Поднимаемое поднимающейся мантией основание плато, кажется, тает и стекает в мантию. Тем временем горячие эстетические породы заполняются по мере того, как дно плато опускается. Поскольку эта новая порода такая горячая, она вызывает таяние, и это, вероятно, причина всех извержений в регионе. GPS-слежение за плато Колорадо показывает, что оно вращается по часовой стрелке и очень медленно движется на запад вместе с остальной частью бассейна и хребта в сторону от Скалистых гор. Это может быть одной из движущих сил другой региональной особенности, о которой стоит упомянуть, которая находится к востоку от Парашанта. Называемый рифтовой зоной Рио-Гранде, он поднимается вверх по центру Нью-Мексико от Эль-Пасо до Альбуркерке. Это одна из наиболее активных областей расширения бассейнов и хребтов. Он полон вулканических образований, образовавшихся в результате извержений за последние несколько миллионов лет.Это включает в себя национальные парки, такие как вулкан Капулин и Эль-Мальпаис («плохая страна»), а также многие другие центры извержения, в том числе кальдеру Валлес. Этим извержениям в Нью-Мексико помогает Линеамент Джемез, зона разлома, которая позволяет магме подниматься через сеть разломов и стыков. Будет ли такое извержение в нашем будущем? Возможно нет. Это извержение дацитовой магмы с высокой вязкостью и высокой степенью воды на горе Пинатубо. Местные магмы, которые поднялись вокруг плато Колорадо за последние несколько миллионов лет, почти всегда были явлениями лавового потока с низкой водой и низкой вязкостью. USGS Какой вид извержения здесь произойдет? Итак, вы можете задаться вопросом, являются ли эти вулканические явления в бассейне и хребте чем-то вроде взрывных извержений горы Сент-Хеленс или горы Пинатубо? Или то, что происходит здесь, больше похоже на Килауэа с его фонтанами и потоками лавы? Есть шесть типов извержений вулканов. Горы Сент-Хеленс и Пинатубо показали наиболее опасные извержения, которые представляют собой извержения «плинианского» типа, характеризующиеся взрывными пирокластическими явлениями, когда массивные серые облака выбрасывают пепел на 100 000 футов в небо.Между тем, Килауэа находится над горячей точкой в ​​мантии и предлагает наименее взрывоопасные события в «гавайском стиле», характеризующиеся фонтанами из золы и потоками лавы. Подобно горячей точке, Парашант находится над тающим плато Колорадо, которое действует как горячая точка. Из-за этого в следующий раз, когда у нас будет извержение, люди, скорее всего, увидят спокойное (вулканически спокойное) извержение в гавайском стиле. Прежде чем мы углубимся в вулканизм Парашанта, мы сначала рассмотрим те разрушительные пирокластические извержения в зоне субдукции, такие как Mt.Сент-Хеленс и гору Пинатубо, чтобы увидеть, что отличает их от того, что здесь происходит. Взрывные извержения в Каскадном хребте вулканов, таких как гора Сент-Хеленс, гора Ренье, гора Шаста, пик Лассен и другие, являются результатом чего-то удивительного … воды в магме! Когда дело доходит до извержений вулканов, вода играет большую роль. Чтобы понять, почему это так, нам сначала нужно взглянуть на тектонику плит и движение континентальных и океанических плит вокруг земного шара, а также на то, как тектоника плит превращает воду в магму. Мы начнем наше путешествие в океан на морском дне. Участки морского дна — это действительно огромные океанические плиты. Океанические плиты начинают свою жизнь в так называемом центре распространения, возвышении или океаническом хребте. Здесь магма выходит из длинного линейного пласта на дне океана. Этот пласт открывается восходящей магмой из-за конвективной циркуляции магмы в мантии Земли. Он также открывается океанской корой, поскольку он погружается обратно в мантию, где он погружается под континентальную плиту.Магма поднимается вверх и выходит из пласта, стекая в течение нескольких минут по морскому дну, а затем остывает в черный базальт. Новое дно океана удаляется от своего центра распространения новой магмой. Это толкает морское дно к континентам, как конвейерная лента, но очень медленно, обычно всего на несколько сантиметров в год. Эти океанические хребты имеют длину в тысячи миль. Если вы посмотрите на карту Мирового океана, то на можно увидеть Восточно-Тихоокеанское поднятие и Срединно-Атлантический хребет, протянувшиеся на север и юг почти от полюса до полюса.Например, распространение морского дна в Атлантике отделяло Африку от Южной Америки десятки миллионов лет назад, создав Атлантический океан. Большая часть Срединно-Атлантического хребта находится на тысячи футов ниже уровня волн, за исключением того места, где хребет поднимается в Исландии, стране, известной своими вулканами. После миллионов лет медленных путешествий, океаническая кора, образовавшаяся в одном из этих центров распространения, наконец, достигает континента. Поскольку кора океана тяжелее (более плотная), чем континентальная кора, она опускается ниже более легкой континентальной породы.Это происходит прямо сейчас у берегов Орегона и штата Вашингтон, где то, что осталось от плиты Фараллон (известной сегодня как плиты Хуана де Фука и Горда), подвергается субдукции. Кора океана ныряет и втягивает кору океана в горячую мантию, помогая открыть Восточно-Тихоокеанское поднятие, чтобы выпустить больше магмы. Так как же вода попадает в магмы зоны субдукции? В зоне субдукции морское дно разрушает все вместе. Сюда входят отложения, такие как песок и глина, которые были смыты реками в океан, а также мертвые растения и животные, упавшие на морское дно.Многие из этих минералов являются «гидратными» минералами, что означает, что в их молекулярном составе есть вода. Весь этот обломок и гидратированный осадок уносится пластиной в горячую мантию. Карманы с морской водой также втягиваются в зону субдукции. Можно спросить, почему морская вода не выходит в виде пара в зоне субдукции. Просто не может. Вода попадает в ловушку скал со всех сторон или в самой минеральной структуре. Вода оказывается под сильным давлением и высокой температурой, поскольку она уносится все дальше и дальше в мантию, где она распространяется в мантии вместе с другими летучими газами, такими как диоксид углерода, сероводород и другие.Из-за давления эти летучие вещества не находятся в своем газовом состоянии, они находятся в сверхкритическом состоянии и занимают тот же объем, что и их жидкое состояние, что будет объяснено вкратце. В основном вода застревает в скороварке Земли и находится в состоянии равновесия со всем вокруг. Эти зоны субдукции функционируют миллиарды лет, пополняя мантию водой. В мантии Земли есть зона, очень обогащенная субдуцированной водой, где она смешалась с минералами. Возможно, вы слышали статистику, согласно которой в мантии во много раз больше воды, чем во всех океанах мира.Это правда, но это означает, что вода и углекислый газ тщательно смешиваются с другими породами между молекулами минералов. Под землей нет гигантских карманов с водой. Но мантия богата водой и углекислым газом. Это означает, что расплав магмы, который поднимается к поверхности, также богат этими «летучими веществами». Ученые используют такие измерения, как «атмосфера» для измерения давления или «паскали». Большинство людей в Соединенных Штатах более знакомы с фунтами на квадратный дюйм, поэтому мы будем использовать их здесь.На уровне моря атмосферное давление составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм. Это соответствует давлению в 1 атмосферу или 101 000 паскалей давления. В верхней мантии Земли давление может превышать невероятные 300 000 фунтов на квадратный дюйм / 25 000 атмосфер / или 2,5 гигапаскалей! Это невероятное давление. Имейте в виду, что это всего лишь давление в верхней мантии. Остальная мантия и ядро ​​Земли находятся под давлением во много раз! В то же время температуры в верхней мантии превышают 2000 градусов по Фаренгейту / 1100 градусов по Цельсию, в то время как температура вблизи ядра достигает 6000 градусов по Фаренгейту.При таких температурах и давлениях породы в литосфере действуют как замазка, а не как хрупкая твердая порода. Итак, что все это давление и тепло делают с водой (h3O), которую утащили вниз? Атомы и их молекулярные связи жесткие, поэтому они не повреждаются, это просто заставляет их действовать иначе, чем мы видим на поверхности Земли. Они становятся формой материи, которую люди могут видеть только в лабораторных условиях. При таком давлении и высоких температурах h3O, а также углекислый газ (CO2) из ​​зоны субдукции переходят в другое состояние вещества.Это больше не жидкая вода или водяной пар. Он становится «сверхкритическим». Подобные видео показывают, как углекислый газ можно превратить в жидкость, а затем в сверхкритическую. h3O и CO2 превращаются из прозрачной жидкости в странный, похожий на облако сверхкритический флюид-газ. На молекулярном уровне сверхкритические жидкости могут перемещаться через очень горячие полурасплавленные породы, почти как призрак проходит сквозь стены в художественном фильме. В этом состоянии они буквально меняют температуру плавления кремнезема. Чистый диоксид кремния имеет температуру плавления около 2800 градусов по Фаренгейту, но разные типы силикатов имеют разные точки плавления из-за других типов атомов в молекуле.Однако, когда сверхкритические h3O и CO2 вводятся в кремнезем, температура плавления падает примерно до 2100 градусов по Фаренгейту. Имейте в виду, что эта температура плавления не является фиксированной точкой, поскольку интенсивное сдерживающее давление со стороны горных пород, окружающих магматический очаг, также играет важную роль. роль определения точной точки плавления. Следующее, что нужно знать, это то, что количество расплавленного кремнезема в магме определяет, как эта магма классифицируется. Процент кремния имеет решающее значение, потому что это то, что определяет вязкость магмы.Вязкость — это мера текучести жидкости. Чем более вязкая жидкость, тем труднее она течет, но тем больше газа она может уловить в растворе, что делает магму с высоким содержанием кремнезема более взрывоопасной. В любой магматической камере кремнезем является основным ингредиентом, и количество кремнезема определяет, как будет вести себя извержение. Минерал кремнезема, из которого состоит магма, — это диоксид кремния или SO2. SO2 образует небольшие молекулярные сети пирамидальной формы, называемые тетраэдрами. Если в магматическом теле мало кремнезема, эти тетраэдры свободно плавают или образуют очень короткие цепочки.В результате получается магма с низкой вязкостью, которая легко течет, как видно на этой видеозаписи из Килауэа. Недостаточно кремнезема, чтобы сгустить магму и сделать ее более вязкой. Однако, если больше кремнезема расплавляется и смешивается с магмой, эти тетраэдры начинают соединяться друг с другом из-за межмолекулярных сил. Подумайте о межмолекулярных силах, как о магнитах на молекулах, стягивающих их вместе. Молекулярное притяжение создает длинные цепочки, решетки или другие более крупные структуры. Это называется полимеризацией. Чем больше этих структур, тем больше увеличивается вязкость лавы, поскольку эти структуры в основном перекручиваются друг с другом, препятствуя плавному течению магмы.Вновь созданная магма или магма прямо из мантии Земли обычно имеет низкое содержание кремнезема. По мере того как количество жидкого кремнезема увеличивается по мере продвижения расплавов через корку, кремнезем начинает образовывать более длинные цепочки SO2. Чем дольше магма поднимается, тем больше кремнезема она включает и тем более вязкой становится. Зона субдукции у Вашингтона и Орегона показывает, как морское дно погружается под континент, втягивая воду в мантию и вызывая таяние. ПБС Эта метаморфизованная порода демонстрирует характерную пластичную складчатость, похожую на замазку, с тех пор, как она была глубоко погружена в нижнюю часть земной коры и держалась, возможно, при температуре 2000 градусов по Фаренгейту в течение очень долгого времени.Магма могла пробиться сквозь это. Имейте в виду, что эти слои когда-то были прямыми и параллельными. Геологическая служба Колорадо Тающая магма Мантия Земли не является жидким телом. Это твердое тело. Однако он находится под таким сильным давлением и настолько горячим, что он и нижняя корка действуют скорее как замазка. «Пластичность» — это геологический термин, обозначающий пластичность горячей породы под высоким давлением. Мантия всегда медленно движется, даже несмотря на то, что она твердая из-за состояния, похожего на замазку, и тепла Земли, создающего конвективные токи.Чтобы получить поднимающийся шлейф магмы, нам нужно, чтобы часть этой замазочной мантии расплавилась. Первый способ таяния магмы — это снижение давления. Это происходит, когда мантия выталкивается наружу в области, ранее занятые корой. В случае бассейна и хребта расширение и истончение коры выводит Землю из равновесия с точки зрения распределения веса на поверхности. Чтобы исправить этот дисбаланс, а также из-за того, что мантия похожа на замазку, она ответила подъемом в зону, которая раньше была занята истончающейся корой.Это помещает верхнюю часть мантии в область более низкого давления, чем она была раньше. При падении давления падает и температура плавления минералов. Называется «декомпрессионным плавлением» или сухим плавлением. Именно так тает магма под Парашантом. Другой тип сухого расплава — это новая горячая магма, которая вводится в старые теплые магмы. Новая магма добавляет новое интенсивное тепло в систему, заставляя старую более холодную магму снова нагреться и еще больше усилить ее. Вам могут быть знакомы изменения давления при кипячении воды.Если кипятить воду при температуре моря и более высоком давлении воздуха, она закипит при температуре 212 градусов по Фаренгейту. Поднимитесь в горы, где давление воздуха ниже, а вода кипит, возможно, до 200 градусов по Фаренгейту или даже ниже. И давление, и температура определяют, когда что-то замерзает (или расплавленный минерал превращается в камень), превращается в жидкость или превращается в газ. Эта харизматическая лавовая скала в каньоне Уитмор содержит пару ксенолитов, которые почти похожи на глаза. Они были подхвачены поднимающейся магмой и вынесены на поверхность.Это сланцы Вишну или Рамы возрастом 1,7 миллиарда лет, которые являются скалами фундамента Гранд-Каньона. NPS — J. Axel Давайте вернемся к сверхкритическим h3O и CO2, которые были увлечены в мантию в зоне субдукции. Как было объяснено, эти две молекулы сжимаются и нагреваются до сверхкритического состояния. В зоне субдукции они вызывают так называемое «влажное плавление». Сверхкритические h3O и CO2 приобретают особое свойство в своем сверхкритическом состоянии. Они изливаются (перемещаются) сквозь кристаллическую массу магматического тела и химически понижают температуру плавления кремнезема на несколько сотен градусов.Это известно как плавление флюса, и именно поэтому вода так важна для определения взрывоопасности извержения. Как только начинается влажное таяние, карманы жидкой магмы начинают включать все больше и больше кремнезема из окружающей магмы. Как и следовало ожидать, магма в зоне субдукции, которая началась как основной базальт, становится андезитовой или даже дацитовой. Чем больше времени у h3O и CO2 для плавления кремнезема в магме, тем больше будет зависеть от того, насколько липкой станет магма при подъеме. Следует отметить, что магма представляет собой смесь различных минералов.Некоторые плавятся при более низких температурах, чем другие. Это известно как частичное плавление. Другие минералы могут оставаться твердыми, но попадают в расплав как твердые породы в жидкой магме, как арахис в расплавленном шоколаде. Эти нерасплавленные минералы могут расплавиться позже, когда шлейф магмы поднимется до уровня, на котором более низкое давление пересекает их порог точки плавления. Если они не тают, они остаются в виде ксенолитов в извергнутом материале (см. Фото). Поскольку различные минералы растворяются в растущем сгустке жидкой магмы, это меняет общий минеральный состав магмы.Геологи изучают образцы горных пород и определяют профиль минералов. Каждое извержение имеет свой собственный химический состав минералов, из-за того, что растворялось в магме перед извержением. Иногда минерал не плавится и сохраняет первоначальную форму. Эти ксенолиты в основном представляют собой скалы внутри скал. Любопытно, что извержение Литл-Спрингс содержит большое количество ксенолитов. Геологи, изучавшие это извержение, определили, что магма поднялась очень быстро и вместе с магмой унесла нерасплавленные породы из эстеносферы.Это указывает на очень быстрый подъем без промежуточной остановки. Обычно магмы поднимаются поэтапно, что позволяет камням выпадать из магмы. Один ксенолит от извержения Трона вулкана в Торовипе был размером с баскетбольный мяч, что тоже весьма необычно. Магма также содержит довольно много молекул, которые мы знаем как газы на поверхности Земли, в первую очередь воду (h3O) и двуокись углерода (CO2). Их называют «летучими». В случае местных магм на вулканических полях Уинкарет и Сан-Франциско содержание СО2 в магме составляет около 0.5%, а h30 между 0,5-1,0%. Под всем давлением в верхней мантии эти летучие вещества вынуждены существовать в своем сверхкритическом состоянии в равновесии с минералами вокруг них. Таким образом, они занимают лишь крошечную часть от общего объема магмы. Однако, когда h3O и CO2 выбрасываются в атмосферу Земли, их «степень расширения» значительна. CO2 увеличивается в объеме примерно в 550 раз. Между тем, h3O расширился в 1600 раз в объеме! Разница в объеме между жидким и газовым состоянием CO2 или h30 огромна. Давайте сделаем некоторые простые вычисления с поднимающимся магматическим телом объемом 1 кубический километр, или 1 миллиард кубометров, с 1,0% воды и 0,5% углекислого газа. Расчеты показывают, что в этой магме содержится 10 миллионов кубометров сверхкритической воды и 5 миллионов кубических метров сверхкритического углекислого газа. Так сколько же из этого получится газа? Исходя из коэффициентов расширения этих газов, получается удивительные 16 кубических километров водяного пара и 2,75 кубических километров CO2. Это составляет почти 19 кубических километров газа всего в 1 кубическом километре магмы.Когда дело доходит до вулканов зоны субдукции, таких как гора Сент-Хеленс, все может быть гораздо более драматичным. Эти андезитовые или дацитовые магмы могут содержать более 5% воды, создавая 80 кубических миль водяного пара, который может взорваться. Вот почему извержение в зоне субдукции, такое как гора Сент-Хеленс, является настолько разрушительным. Летучие вещества, кроме h3O и CO2, включают ядовитый сероводород (h3S) или его более безопасную окисленную форму, называемую диоксидом серы (SO2), карбонилсульфид (COS), сероуглерод (CS2), хлористый водород (HCl), водород (h3). , метан (Ch5), фтороводород (HF), бор, бромоводород (HBr), пары ртути (Hg), гелий (He), органические соединения и даже золото! Вулканологи анализируют газы, испускаемые поднимающимся шлейфом магмы, чтобы лучше понять предстоящее извержение. Эта жила основной магмы пробивалась сквозь шлаковые слои шлакового конуса раковины Уитмора. Эта магма поднялась во время более поздней, слабой газовой стадии извержения после образования конуса. Валун на переднем плане представляет собой большой кусок жилы (дайки), которая откололась и упала в промывку NPS — J. Axel Magma Types Давайте посмотрим на виды магмы, образовавшиеся в расплаве, и как вязкость измеряется для разных лав в зависимости от содержания кремнезема.Вязкость очень плотных жидкостей, таких как магма, измеряется в паскалях, или «Па · с». Приведенные ниже значения Pa s предполагают фиксированную температуру и содержание газа. 1) Магма, содержащая 38-45% кремнезема, известна как ультрамафит . Это редко можно увидеть на поверхности Земли, поскольку это в первую очередь мантийная порода. Этот тип магмы очень горячий, около 2000 — 3100 градусов по Фаренгейту. Его вязкость менее 100 Па · с. 2) Магма, содержащая 45-53% кремнезема, относится к категории базальтовых, или сильно основных .Основная магма обычно поступает прямо из центра распространения хребта в середине океана, над горячей точкой или когда магма, поднявшаяся из мантии, вводится в континентальную породу. В этой магме очень мало воды. Из-за низкого процентного содержания кремнезема он очень сиропообразный при плавлении. Когда основная магма (представьте, как порода лавового потока) охлаждается, она обычно бывает черной, темно-коричневой или темно-серой. Растворенные газы могут легко пузыриться из основных магм (растворяться, выходить из раствора). Это поддерживает низкое давление газа, так как при повышении давления газ улетучивается.Извержения не очень взрывоопасны, потому что большая часть газа может улетучиться. Один из немногих случаев, когда извержения основной магмы являются сильными, — это когда поднимающаяся магма встречается с грунтовыми водами. Он нагревает эту грунтовую воду до температуры выше точки кипения. Находясь в ловушке под поверхностью породы, давление на молекулярном уровне для перехода от воды к газу увеличивается до тех пор, пока вода не будет иметь достаточно потенциальной энергии, чтобы разорвать горную породу выше, которая захватывает ее, где она взрывается в пар. Это вызывает так называемое фреатическое извержение, в результате чего в земле образуется дыра, называемая мааром.Разрушенная скала падает на землю вокруг маара. Это отличается от липкой магмы, вызывающей пирокластическое извержение, которое будет вскоре объяснено. Вязкость основной магмы составляет от 100 для лавы пахоехо до 10 000 Па · с для лавы a’a. Для сравнения, мед при комнатной температуре составляет около 10 Па · с, поэтому основная магма при температуре 2000 градусов по Фаренгейту на два-три порядка более вязкая, чем мед при комнатной температуре. И Килауэа, и Парашант лавы базальтовые. Эта магма настолько текучая, что может течь по поверхности со скоростью до 60 миль (100 км) в час по крутому горному склону.Этот тип магмы также довольно горячий, около 1600-2100 градусов по Фаренгейту. 3) Магма, содержащая 53-63% кремнезема, является андезитовой . В холодном состоянии андезитовые породы обычно имеют средне-серый цвет. Эта лава довольно вязкая и липкая, что увеличивает ее взрывной потенциал. Чем более липкой / воскообразной / похожей на замазку становится магма, тем труднее растворенным газам (включая воду) выходить из молекулярной решетки SO2 в магме, в то время как магма все еще поднимается на поверхность. Липкость этой магмы значительно затрудняет выход газов, поэтому, когда они это делают, они намного более взрывоопасны, чем извержения основной магмы.Его вязкость составляет от 1 000 000 до 10 000 000 Па с. Этот тип магмы имеет температуру около 1150 — 1600 градусов по Фаренгейту. 4) Магма, содержащая 63-69% кремнезема, — это « дацит ». Последнее извержение вулкана Св. Елены было отнесено к категории дацитов. Это от среднего до светло-серого или даже не совсем белого цвета. Его вязкость составляет от 10 000 000 до 1 000 000 000 Па · с. Андезитовые и дацитовые лавы обычны в вулканах над зоной субдукции. Этот тип магмы имеет температуру 1150 — 1600 градусов по Фаренгейту. 5) Магма, состоящая из 69% -77% кремнезема, является риолитовой или сильно кислой , что означает, что она очень вязкая и очень липкая. Эти магмы обычно находятся там, где магме позволяли находиться в течение длительного периода времени, например, на континентах над горячей точкой, такой как Йеллоустон, где она считается «несвежей» или «зрелой». В этой ситуации основные минералы тяжелее и тяжелее. опускаться на дно магматического очага. Это оставляет липкие и легкие молекулы кислой магмы наверху камеры, где они с наибольшей вероятностью поднимутся и извергнутся.Цвета риолитовых пород очень разнообразны. Их лава может быть от розового до светло-фиолетового цвета и от пепельно-серого до кремового. Обсидиан, известный как вулканическое стекло, также образован очень сухой кислой магмой. Он может быть черным, оранжевым, красным, коричневым, серым, темно-зеленым и полупрозрачным. Фельзическая магма имеет невероятную вязкость 10000000000 — 100000000000 Па · с. Интересно, что кислые магмы намного менее плотны, чем основные магмы, но на много порядков более вязкие из-за этих взаимосвязанных молекулярных цепочек кремнезема.Эта магма почти не течет. Он находится в жидкой форме при самой низкой температуре, около 1100 градусов по Фаренгейту или ниже. Риолитовые извержения неоднократно происходили на вулканическом поле Сан-Франциско в Флагстаффе, штат Аризона, включая извержения пемзы и обсидиана. Два хорошо известных типа кислых вулканических пород — это пемза и обсидиан. Ни то, ни другое не встречается в природе в Парашанте. Пемза (вулканическая стеклянная пена) — очень легкая и не совсем белая губчатая порода с высоким содержанием кремнезема. Пемза может образовываться только из очень липких магм.Когда извергается дацитовая или риолитовая лава, она полна растворенных газов, которые находятся в своем сверхкритическом состоянии. Как только эти молекулы извергнуты в атмосферу Земли с низким давлением, эти газы резко выходят из раствора в сгустках выброшенной кислой лавы. В каждой капле газовые карманы образуются за микросекунду. Пемза — это вулканический эквивалент попкорна. Поскольку эта лава настолько липкая, газовые карманы, которые образуются внутри сгустков выброшенной магмы, не могут разорваться. В воздухе блоки пемзы резко увеличиваются в размерах, затем охлаждаются и затвердевают, удерживая большую часть газов в миллионах или миллиардах маленьких герметичных карманов, называемых пузырьками.Все это он делает в воздухе, а затем падает на землю. Эти миллионы герметичных воздушных карманов — причина того, что пемза плавает на воде. Фельзические извержения на морском дне также создают огромное количество пемзы, которая поднимается на поверхность и образует плотины из пемзы, которые могут растягиваться на многие мили. Посмотрите, как эта лодка движется через плот из пемзы. Люди часто путают пемзу с везикулярным базальтом (черная вулканическая порода, полная воздушных карманов), которую можно найти в Парашанте. В воде плавает только пемза. Везикулярный базальт не может плавать.Везикулярный базальт был настолько жидким, когда еще расплавился, что, когда пузырьки образовывались из выделяющихся газов, они взрывались и схлопывались до того, как лава затвердела, или они создавали действительно большие пузырьковые карманы, которые сливались с другими пузырьковыми карманами, образуя очень большие пузырьки, которые открывались. Это пропускает воду. Для плавания везикулярного базальта недостаточно герметичных карманов. Кроме того, основная магма намного плотнее кислой магмы, что делает ее тяжелее. Пемза считается вулканическим стеклом (аморфным твердым телом), что означает, что молекулы не успели организовать кристаллы до охлаждения.Ближайшие месторождения пемзы находятся недалеко от Флагстаффа, штат Аризона, на вулканическом поле Сан-Франциско. Обсидиан (твердое вулканическое стекло) — еще один тип высококремнистой эруптивной породы. Он чрезвычайно кислый, с содержанием кремнезема более 70% +. Обычно это одна из последних вещей, которая извергается из тела магмы с высоким содержанием кремнезема и почти не содержит газа. Он остывает так быстро, что минералы в лаве не могут кристаллизоваться. Это делает его в основном аморфным (неорганизованным) твердым телом. У него нет организованной кристаллической структуры, поэтому, когда он раскалывается, он ломается неравномерно, часто в раковинной форме.Обсидиан похож на обычное стекло, которое производится из кремнезема в пляжном песке. Это обсидиановый поток возрастом 1300 лет в кратере Ньюберри в Орегоне. Черный цвет на фотографии — обсидиан, а светло-серый — риолитовая лава. Обсидиановые отложения не всегда выходят на поверхность. Вместо этого они могут проникнуть в слабые зоны между слоями горных пород вокруг вулкана. Позже они подвергаются эрозии. Ближайший источник обсидиана — пустыня Блэк-Рок недалеко от Милфорда, штат Юта, в 150 милях от Парашанта.Высокие извержения кремнезема произошли здесь 2,5 миллиона лет назад. Коренные народы принесли обсидиан в Парашант, чтобы использовать его в качестве наконечников стрел, наконечников копий и режущих инструментов. Края стекла обсидиана острее, чем у металла, благодаря его аморфной молекулярной структуре. Вот почему он до сих пор используется хирургами в качестве специального скальпеля. Магма с самой низкой температурой, которая извергается на Земле, — это карбонатитовая магма с высоким содержанием кальция, которая извергается из вулкана Ол Доиньо Ленгаи в Танзании , где лава имеет температуру всего 900 градусов по Фаренгейту. Шипрок в Нью-Мексико — это старая вулканическая шейка, возраст которой насчитывает миллионы лет. Здесь видны две питающие дамбы. Там, где они соединились, поднялось наибольшее количество магмы. Тысячи футов поверхностной эрозии с течением времени обнажили эту вулканическую шейку и две истоковые дайки. Google Планета Земля Вы можете задаться вопросом, как магма может пробиваться сквозь твердые породы. Тепло Земли делает местность вокруг магматического тела более пластичной (похожей на замазку), позволяя магме проталкиваться сквозь эти породы, как очень медленная версия лавовой лампы, где магма может подняться десятилетиями или столетиями.По сути, из-за физики «изостояния» мантии и коры жидкость, которая менее плотна, чем материал над ней, должна подняться на поверхность, в то время как тяжелая твердая кора оседает там, где была магма. Этому способствует то, что, когда магма тает, она расширяется на 3,5-4% в объеме, что позволяет ей разрушать породы выше, которые ограничивают ее. Он вставляется между стыками (микроскопическими трещинами) в скальной породе и вскрывает их. Кроме того, даже хрупкая порода несколько пластична, и ее можно оттолкнуть.Земная кора по существу вмещает шлейфы магмы, сдвигая все вокруг шлейфа, чтобы выпустить его наружу. Независимо от того, является ли он основным или кислым, магматический шлейф содержит столько газа, что расплавленная голова жидкой каменной пены вырастает на вершине шлейфа примерно на 1 км ниже поверхности. По мере того, как магма поднимается на поверхность, нисходящее давление силы тяжести и горных пород наверху уменьшается все больше и больше. Это позволяет большему количеству газа выйти из раствора и еще сильнее оттолкнуться от камней выше. Именно это давление газа является основной силой, которая приводит в действие последнюю стадию поднимающегося магматического шлейфа, и из раствора выходит все больше и больше газа.По мере того как тело магмы вторгается в трещины в хрупкой холодной корке у поверхности, создается такое большое давление, что газовая голова на шлейфе магмы теперь может разрушить коренную породу или вытолкнуть целые части коры вверх и из нее. способ. Это разрушение коренной породы создает особую сигнатуру землетрясения, которую вулканологи ищут, чтобы сообщить им, что магма движется, например, землетрясения несколько лет назад возле кратера Сансет, где в настоящее время движется тело магмы. Теперь давайте посмотрим на извержение богатого кремнеземом магматического тела, похожего на то, что питает типичный Mt.Событие на Сент-Хеленсе. По мере приближения магматического шлейфа к поверхности помните, что этот вид магмы является высококремнистым из-за плавления флюса в зоне субдукции, поэтому он чрезвычайно липкий и из раствора выходит немного газа. В результате в магме остается невероятное количество потенциальной энергии, которая не высвобождается. Этот вид магмы просто ждет, чтобы взорваться, как бутылка газировки, оставленная на солнце в раскаленной машине. Одна небольшая трещина в бутылке вызовет взрыв. Для магмы это могло быть оползнем, подобным тому, что произошло на горе.Сент-Хеленс, или паровой взрыв, который удаляет ровно столько породы, что магма начинает взрываться. Как только фельзитовая магма высокого давления подвергается воздействию атмосферы Земли с очень низким давлением, через молекулы в верхней части магматического очага в мгновение ока распространяются обширные сети микротрещин. Молекулярные связи, удерживающие магму вместе, разрушаются, поскольку молекулы, наконец, получают свободу расширяться до своего газового состояния в верхней части магматической камеры. Эти газы, которые находились в ловушке в течение миллионов лет под невообразимым давлением, вырываются из своей магматической тюрьмы и создают катастрофический взрыв! Помните, что ограничивающее давление в горловине стратовулкана, такого как Mt.Сент-Хеленс все еще может составлять десятки тысяч фунтов на квадратный дюйм, в то время как атмосферное давление в вулканическом жерле составляет всего 10-15 фунтов на квадратный дюйм. Атмосферное давление, по сути, ничто по сравнению с давлением, которое выталкивают летучие вещества, захваченные в магме высокого давления. Сверхкритические газы в самом слабом месте вблизи или на самой вершине магматического шлейфа выходят первыми. Молекулы воды расширяются в 1600 раз по сравнению с их прежним объемом. Представьте, что магма в перешейке одного из этих стратовулканов — это вереница из сотен петард, тянущихся вниз по перешейку вулкана.Вершина шлейфа магмы — это первый фейерверк, затем следующий, затем следующий. Когда вы смотрите на одно из этих облаков вздымающегося пепла, выходящего из одного из этих извержений, подавляющее большинство того, что вы на самом деле видите, — это выхлопные газы от серии извержений, идущие вниз по горловине вулкана в виде частей магматического очага. взрываются один за другим. Это происходит потому, что по мере того, как пирокластические обломки, образовавшиеся в результате первого взрыва, покидают вулкан, следующий сегмент плюма теряет давление и взрывается, затем следующий кусок магмы под ним может взорваться и т. вулкан.Эта последовательность может длиться много часов или даже дней, пока последняя из кислых магм не разгерметизируется и не взорвется. В этот момент остаточная магма может расширяться вверх по горловине вулкана и закрывать выходное отверстие или продолжать подпитывать растущий купол. Сегодня это можно увидеть как небольшой купол в кратере горы Сент-Хеленс, который все еще растет. Хотите верьте, хотите нет, но горе, которую мы знаем как гору Сент-Хеленс, всего 4000 лет, она образована множеством извержений. Но раньше на этом же месте образовывалось много гор, питаемых той же магматической камерой над зоной субдукции. Следует отметить, что «типичное» извержение следует рассматривать только в общем смысле, когда речь идет о вулканических системах. При рассмотрении конкретных вулканических событий мы быстро обнаруживаем, что каждое извержение уникально по своему химическому / минеральному составу, и каждое извержение имеет свой собственный уникальный набор поведения. Глубоко в зоне плавления находятся различные типы горных пород. Иногда плавится много кремнезема, иногда нет. На извержение влияет множество факторов, поэтому приведенная здесь информация предназначена только для общего руководства типичным поведением.Например, даже если морская вода попадает в вулканы зоны субдукции, не все извержения вулканов зоны субдукции являются взрывоопасными. Иногда вулканы зоны субдукции имеют базальтовые / основные извержения. Даже на горе Сент-Хеленс произошло извержение на Гавайях, как вы можете увидеть в пещере Обезьяна, где поток лавы пахоехо вылился из горы Сент-Хеленс 1900 лет назад. Вокруг Кратерного озера (гора Мазама) в Орегоне расположено несколько щитовых вулканов и потоков лавы, как на Гавайях или в Парашанте, а само Кратерное озеро — кальдера, образовавшаяся в результате сильного извержения кремнезема.Орегон имеет полный спектр типов вулканических извержений, таких как обсидиан, пемза и риолиты в кратере Ньюберри возле Бенда, штат Орегон. Кроме того, некоторые вулканические поля содержат разнообразные магмы. Вулканическое поле в пустыне Блэк-Рок в штате Юта включает в себя все, от базальтовых шлаковых конусов и потоков лавы до андезитового и дацитового пепла, а также риолитовых куполов. Магма, поднявшаяся в районе пустыни Блэк-Рок, получила кремнезем путем плавления через древние континентальные породы Северной Америки. Иногда он не набирал много кремнезема и оставался мафическим. « Как убрать царапины на обуви: как убрать и избавиться от них Делаем коробку своими руками из картона: Как сделать коробку из картона своими руками? » Leave A Comment Отменить ответ Post Comment Related Post Разное Сколько спят и бодрствуют дети в 1 месяц: режим дня, нормы сна и питания новорожденного 19.11.202407.10.2024 Разное Когда начинают видеть и слышать новорожденные дети: развитие органов чувств у младенцев 19.11.202407.10.2024 Разное С каким запасом брать детскую обувь: правила выбора первой обуви для ребенка 18.11.202407.10.2024 Разное Как правильно измерить температуру грудничку: методы и рекомендации 17.11.202407.10.2024