Тема 4. Кислородные соединения кремния

При изучении материала темы следует уяснить, что низшие кис­лородные соединения: оксид кремния (I) Si₂O и оксид кремния (II) SiO получают и искусственно и применяют в качестве пигментов и восстановителей. Практического значения в технологии силикатов эти соединения не имеют.

Ознакомьтесь со свойствами SiO₂ — диоксида кремния или кремнезема и его использованием в строительном деле для приготовления известковой массы и цементных растворов, в стекольном и фарфоро­вом производстве, а также для изготовления кварцевого стекла, ферросилиция, растворимого стекла и т.п. Материал о диоксиде кремния и о полиморфных разновидностях кремнезема изучите старательно.

 

1. Какое практическое значение имеют оксиды кремния?

2. Каково значение диоксида кремния в строительстве?

Тема 5. Формы полиморфных разновидностей кремнезема

Впроцессе изучения темы необходимо усвоить, что кристаллические разновидности кремнезема, кроме халцедона, при нагревании способны к полиморфным превращениям и могут существовать в виде нескольких кристаллических модификаций- Полиморфизмом называют способность вещества изменять строение кристаллической структуры (кристаллизоваться в различных модификациях) при изменении внешних условий.

Резко различаются между собой по структуре и физическим свойствам три главные полиморфные модификации диоксида кремния — кварц, тридимит, кристобалит. Каждая из них имеет модификации второго порядка. Последовательность полиморфных превращений различных кристаллических модификаций диоксида кремния и температурные области их существования можно представить в виде схемы

 

870^о С 1470^о С 1728^о С

ά-кварц ↔ ά –тридимит ↔ ά -кристобалит ↔ расплав

↕ 573^о С ↕ 163^о С ↕ 180-280^о С ↕

β-кварц β –тридимит β -кристобалит быстрое

↕ 117^о С охлаждение

γ-тридимит ↕

кварцевое

стекло

-

 

Скорость полиморфных превращений для различных модификации SiO₂ различна.

 

Превращения между стабильными формами кремнезема

ά-кварц – ά –тридимит – а-кристобалит связаны с глубокой перестройкой кристаллической решетки и протекают очень медленно. Объемные изменения при переходах стабильных форм кремнезема друг в друга значительны.

Полиморфные превращения диоксида кремния имеют большое практическое значение, так как они сопровождаются значительным изменением плотности и объема, что может вызвать растрескивание изделий в процессе обжига.

Изучите скрытокристаллические разновидности кремнезема, свойства и применение.

В кислородных соединениях кремния атомы кремния связываются друг с другом посредством атомов кислорода.

Такая связь называется силоксановой.

Каждый атом кремния заключен в тетраэдр из 4 атомов кислорода. При этом атом кремния находится в центре, а по вершинам тетраэдра расположены атомы кислорода. Каждый атом кремния в такой молекуле связан простыми связями с четырьмя атомами кислорода, а каждый атом кислорода связан с двумя атомами кремния так, что образуется полимерное химическое соединение (SiO₂)n. Поэтому при обычных условиях SiO₂ — твердое и тугоплавкое вещество.

Группу атомов SiO₄ можно рассматривать как четырехотрицательный зарядный ион [SiO₄]^4-.

Кремнекислородный тетраэдр является основной структурной единицей в кремнекислородных соединениях. Структуры различных модификаций кремнезема отличаются способом взаимного сочленения тетраэдров ]SiO₄]^4-.

 

2)

о — атомы кислорода

· — атомы кремния

1) ά -кварц; 2) ά -кристобалит; 3) ά -тридимит.

 

 

Вопросы для самоконтроля

1. Что называют полиморфизмом?

2. Какова последовательность полиморфных превращений различных кристаллических модификаций диоксида кремния?

 

3. С чем связаны превращения между стабильными формами кремнезема?

4. Каково значение полиморфных превращений диоксида кремния?

5. Какая связь между атомами кремния называется силоксановой?

6. Что является основной структурной единицей в кремнекислородных соединениях?

Тема 6. Аморфные разновидности кремнезема

При изучении данной темы необходимо познакомиться со свойствами и применением кварцевого стекла.

Вопросы для самоконтроля

1. Каковы свойства кварцевого стекла?

2. Где используется кварцевое стекло? Какими преимуществами оно обладает перед обыкновенным стеклом?