Силікати

Силікат — іон.

Силіка́ти — солі силікатної кислоти. Утворені діоксидом кремнію (SiO₂) і оксидами інших елементів (наприклад, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K).Приблизно 30% всіх корисних копалин складають силікати. Силікати (і полісилікати) у воді нерозчинні, за винятком силікатів натрію Na₂SiO₃ і калію K₂SiO₃.

Історія

Першою науковою теорією із систематики силікатів була полікремнієва теорія силікатів, яка з кінця першої половини XIX і по 20-і роки XX століття відігравала важливу роль в хімії силікатів.

Важливий етап у розумінні природи силікатів пов'язаний з працями Д. І. Менделєєва. Вчений критикував тогочасну полікремнієву теорію, вказуючи на її внутрішні суперечності. Менделєєв першим висловив припушення про можливість ізоморфного заміщення в силікатах оксидів різного типу, зокрема SiO2 та Al2O3 що свідчило про подібність їхніх хімічних властивостей.Аналізуючи широку варіацію співвідношень між основними та кислотними оксидами, він дійшов висновку, що різноманіття силікатів неможливо пояснити лише існуванням полімерних форм кремнієвих кислот. Менделєєв розглядав силікати не як класичні солі, а як «невизначені сполуки» — структури, подібні до сплавів, утворені близькими за властивостями оксидами. Ключовим фактором він вважав не різновиди кислот, а загальну здатність сполук кремнію до полімеризації.

Наприкінці XIX століття традиційні хімічні методи вичерпали свій потенціал у дослідженні силікатних систем. Це зумовило перехід до фізико-хімічних та геохімічних підходів.У 1920-х роках М. С. Курнаков розробив метод фізико-хімічного аналізу, який об'єднав принципи хімічної термодинаміки та топології. Центральним інструментом цього напряму став аналіз діаграм стану (температура — склад). Такі діаграми дозволяють точно визначати:

• температурно-концентраційні межі існування кристалічних і рідких фаз силікатів;
• процеси фазових переходів (плавлення, кристалізація);
• умови розкладання або утворення нових сполук.

Цей підхід заклав фундамент сучасного матеріалознавства та мінералогії силікатів.

Фізичні властивості

Силікати є тугоплавкими та хімічно пасивними речовинами, що характеризуються низькою розчинністю або повною нерозчинністю у воді. Залежно від температурних умов вони можуть перебувати у твердому, рідкому (розплавленому) чи газоподібному агрегатних станах. Окрему групу становлять їхні високодисперсні (колоїдні) системи з розміром частинок від 10–6 до 10–9 м, у яких наявна чітко виражена поверхня розділу між силікатною фазою та дисперсійним середовищем.

Класифікація

За будовою силикатів їх поділяють на такі групи:

• Ізосилікати (ортосилікати) — ізольовані тетраедри SiO₄, приклад — олівін.
• Соросилікати — пари тетраедрів, з`єднані одним киснем, наприклад епідот.
• Циклосилікати — представляють собою кільця з тетраедрів, наприклад турмалін.
• Іносилікати — ланцюги; одинарні (піроксени) і подвійні (амфіболи, азбест).
• Філосилікати — мають листові структури, представники — слюди, вермікуліт, каолініт.
• Тектосилікати —мають тривимірні каркаси, до них належать зокрема польові шпати (плагіоклази, ортоклаз) і кварц.

Розчинне скло

Силікати натрію і калію одержують сплавленням кремнезему з твердими лугами або з карбонатами калію і натрію:

SiO₂ + 2KOH → K₂SiO₃ + H₂O↑

SiO₂ + Na₂CO₃ → Na₂SiO₃ + CO₂↑

Одержувані при цьому сплавлені солі мають вигляд склоподібної маси. Тому силікати натрію і калію називають розчинним склом, а водні їх розчини — рідким склом. Розчинне скло додають до цементу і бетону, щоб зробити їх водонепроникливими. Ним просочують тканини і дерево для надання їм вогнестійкості. З розчинного скла виготовляють вогнестійкі замазки, силікатний клей тощо.

Природні силікати

Більшість природних сполук силіцію є похідними полісилікатних кислот. Коли до складу полісилікатів входить алюміній, тоді їх називають алюмосилікатами. Більшість гірських порід складаються з алюмосилікатів. До найпростіших полісилікатів і алюмосилікатів належать

• азбест CaMg₃Si₄O₁₂, або CaO·3MgO·4SiO₂;
• польовий шпат (ортоклаз) K₂Al₂Si₆O₁₆, або K₂O·Al₂O₃·6SiO₂;
• каолін H₄Al₂Si₂O₉, або Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O;
• калійна слюда H₄K₂Al₆Si₆O₂₄, або K₂O·3Al₂O₃·6SiO₂·2H₂O.

Природні силікати під впливом вологи і вуглекислого газу повітря повільно руйнуються (вивітрюються). Наприклад, розклад польового шпату (ортоклазу) схематично можна представити таким рівнянням:

K₂O·Al₂O₃·6SiO₂ + CO₂ + 2H₂O → K₂CO₃ + Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O + 4SiO₂

Поташ вимивається водою, а каолін утворює глину з домішками піску. Оскільки польовий шпат у природі дуже поширений, то і глина утворюється в дуже значних кількостях.

Азбест

Азбест – це назва, що застосовується до шести природних мінералів, які видобуваються із землі. Типи азбесту:

• Амозит
• Хризотил
• Тремоліт
• Актиноліт
• Антофіліт
• Кроцидоліт

Філосилікати

Листові силікати називаються філосилікатами (filo означає листоподібний). Ці силікати легко розщеплюються.Тальк – типовий філосилікат, Mg3(OH)2(Si₂O₂). Тальк є основним складником мінералу стеатиту.

Сучасні силікатні матеріали

Матеріали на основі силікатів демонструють значний потенціал для функціонального застосування.З 1990-х років адитивне виробництво стало революційним підходом до виробництва об'єктів.

Геополімерні композити являють собою перспективний шлях для виробництва керамоподібних матеріалів без необхідності високотемпературного спікання.

Пориста кераміка представляє значний інтерес у широкому спектрі галузей, включаючи фільтрацію, каталіз, біомедичні застосування та екологічні технології, завдяки своїй термічній стабільності, механічній міцності, легкості очищення та тривалому терміну служби.

У галузі вогнетривів зростаюче використання котлів на біомасі створило попит на матеріали з підвищеною стійкістю до лужної корозії.

Якісна реакція

Якісною реакцією на силікат-іони (SiO3 2-) є його взаємодія з сильними кислотами (наприклад, хлоридною або сульфатною).Ознакою реакції буде утворення білого драглистого (гелеподібного) осаду кремнієвої кислоти.

Див. також

• Алюмосилікати
• Іносилікати
• Моносилікати
• Природні силікати
• Силікатизація
• Соросилікати
• Трисилікати

Джерела

• Деркач Ф. А. Хімія. — Львів : Львівський університет, 1968. — 312 с.
• Силікати / Сегеда М. М. - К.: УСГА, 1992. - 123 с.

Посилання

• Силікати // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Теза, 2006.
• СИЛІКАТИ //Фармацевтична енциклопедія
• Розчинне скло // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 173. — ISBN 978-966-7407-83-4.