Transcript SiO 2 , silikáty, siloxány
SiO
2
, SILIKÁTY, SILOXANY
Oxid křemičitý (SiO
2
)
po H 2 O nejstudovanější látka (tvoří 22 fází a tucet polymorfních forem) nejběžnější formou čistá forma (křišťál) ametyst, citrín) pazourek)
α
křemen výskyt v horninách (žula, pískovec) nečistá forma (růženín, kouřový křemen, morion, nedokonalé krystalické formy (chalcedon, chrysopras, karneol, achát, jaspis, heliotrop, méně běžné formy (tridymit, cristobalit)
Formy křemene
mineralogická exkurze ☻
křišťál růženín kouřový křemen morion ametyst citrín chalcedon chrysopras karneol achát jaspis heliotrop pazourek
Oxid křemičitý (SiO
2
)
krystalické modifikace složené z nekonečných seskupení tetraedrů SiO 4 (sdílejí společný vrchol)
strukturní změny:
β-křemen ↔ β-tridymit ↔ β-cristobalit ↔ SiO 2 ↨ ↨ ↨ (l) α-křemen α-tridymit α-cristobalit coesit – zahříváním Na 2 SiO 3 a (NH 4 ) 2 HPO 4
Oxid křemičitý (SiO
2
)
modifikace SiO 2 (největší hustota, k.č. 6) v rutilové struktuře vláknitý křemen
w
-SiO 2 (nízká ρ) SiO 2 + Si → 2 SiO →
w
-SiO 2 + Si vlhkostí se rozpadá na amorfní SiO 2
Obecně křemen:
odolný vůči působení kyselin kromě HF rozpouští se v MOH nebo M 2 CO 3 M 2 SiO 3 za vzniku
Oxid křemičitý (SiO
2
)
z halogenů napadá pouze F 2 , reaguje i s H 2 a C s oxidy kovů a polokovů – význam ve sklářské technologii =
křemenné sklo použití:
průmysl, elektromechanické přístroje, křemenné skla, silikagel křemičitany: materiály lepidla, pojiva, žáruvzdorné ve zředěných roztocích přítomnost málo rozpustných křemičitých kyselin (H 2 Si 2 O 5 , H 2 SiO 3 , H 6 Si 2 O 7 , H 4 SiO 4 , H 10 Si 2 O 9 )
Oxid křemičitý (SiO
2
) - silikagel
amorfní forma SiO 2 – velmi porézní strukturu, vzniká okyselením křemičitanu sodného, vzniklá gelovitá sraženina se dehydratuje pražením
vlastnosti mikroporézního materiálu
inertní : póry o průměru 2200-2600 pm, chemicky
použití
: sušidlo, selektivné sorbent, chromatografie,
Silikátové minerály
horniny + produkty rozkladu, zeminy, jíly, písky proměnlivé složení = různé strukturní typy (u všech strukturní typ tetraedru SiO 4 , různé prostorové uspořádání) možnost tvořit lineární a násobné řetězce, cykly, vrstevnaté trojrozměrné struktury
Silikátové minerály
dělení do 6 skupin: 1.
2.
3.
neso
křemičitany (izolované SiO 4 )
soro
křemičitany (izolované SiO 4 )
cyklo
křemičitany (uzavřené cyklické str.) 4.
ino
křemičitany (souvislé řetězce) 5.
phyllo
křemičitany (souvislé vrstvy) 6.
tekto
křemičitany (souvislé 3D struktury)
neso křemičitany s izolovanými jednokami {SiO
4
}
orthokřemičitany M 2 II SiO 4 (Na,K,Mg,Mn, Fe, Zn, Zr), možnost izomorfní substituce (Mg,Fe,Mn) 2 II SiO 4 olivín) granáty M 3 II M 2 III (SiO 4 ) 3 8; M III : Al, Cr, Fe k.č.6) (M II : Ca,Mg,Fe k.č. součástí portlandského cementu granát
soro křemičitany s izolovanými jednokami Si
2
O
7
poměrně vzácné např: thortveitit Sc 2 Si 2 O 7 , Ln 2 Si 2 O 7 , Zn: hemimorfit trojnásobné tetraedrické jednotky – vzácné
6-
(aminoffit, kinoit)
O O O Si O Si O O O
hemimorfit thortveitit
cyklo křemičitany
každá jednotka SiO 4 sdílý s přilehlými tetraedry 2 atomy O = [(SiO 3 )
n
] 2
n
beryl Be 3 Al 2 {Si 6 O 18 } beryl
ino křemičitany
řetězovité
–sdílení vrcholů tetraedru {SiO 4 } pestré, hojné a důležité minerály pyroxenové: enstatit (Mg 2 Si 2 O 6 ), diopsid (CaMgSi 2 O 6 ), jadeit (NaAlSi 2 O 6 ), spodumen (LiAlSi 2 O 6 )
pásové
–příčné spojení {SiO 3 2 } tremolit (Ca 2 Mg 5 (Si 4 O 11 ) 2 (OH) 2 )
ino křemičitany
mineralogická exkurze ☻
enstatit diopsid jadeit spodumen tremolit
Azbest
vláknité křemičité materiály (řec.
asbestos
nezhasitelný) – součástí více než 3000 výrobků (filtry, izolace, ohnivzdorné oděvy) vysoká pevnost, ohebnost, odolnost vůči teplu a plameni, kyselinám a zásadám bílý azbest (chrysotil) Mg 3 (Si 2 O 5 )(OH) 4 , serpentiny, amfiboly azbestosa dlouhodobý styk s prachem azbestových vláken ve vzduchu
phyllo křemičitany
vodorovné zesíťováné řetězce {Si 2 O 6 4 } nebo kondenzované jednotky {Si 6 O 18 12 } v rovině nejznámější a nejdůležitější minerály (jíly, slídy, mastek) M 2 Si 2 O 5 , M = Li, Na, Ag, H slída-biotit mastek
jíly, slídy
jíly: podstatná složka půdy slída vznikají zvětráváním vyvřelých hornin např. kaolinitu 2KAlSi 3 O 8 + CO 2 + H 2 O → Al 2 (OH) 4 Si 2 O 5 + 4SiO 2 + K 2 CO 3 směs s vodou – tvarovatelný měkký materiál slídy: vznikají pozdní krystalizací vyvřelých hornin, vznikají když ¼ Si IV nahrazena Al III a záporný náboj vyrovnán K než mastek + (K + pevnější a tvrdší biotit (tmavá slída), margarit margarit
tekto křemičitany
sestaveny z jednotek SiO 4 , v nichž každý atom O je sdílen vždy dvěma tetraedry, polovina atomu Si je nahrazena Al hlinitokřemičitany, živce, zeolity, ultramariny
tekto křemičitany-zeolity
zeolity:
mají mnohem otevřenější kostru než živce, zachycují volně vázanou vodu nebo jiné molekuly (řec.
zein
– vařit,
lithos
– kámen) vhodně definované kanálky, systém propojených dutin
výroba:
krystalizace vodných gelů smíšených alkalických křemičitanů a hlinitanů
použití
: plnidlo detergentů
tekto křemičitany-zeolity
faujasit NaCa 0,5 (Al 2 Si 5 O 14 ) ·10H 2 O chabazit Ca(Al 2 Si 4 )O 12 ·6H 2 O faujasit faujasit chabazit
Siloxany (silikony)
silikony a minerální křemičitany – mezi nimi je vztah (methylenová skupina v silikonech je nahrazena izoelek. skupinou O – v křemičitanech) silikony - polymery [R 2 SiO] n , kde R je organický substituent.
vlastnosti:
dobrá tepelná a oxidační stálost, odolnost vůči změnám teplot, hydrofobní, dielektrické vlastnosti, fyziologická inertnost připraveny jako oleje, mazadla, emulze, elastomery (kaučuky) a pryskyřice
Siloxany (silikony)
silikonové oleje
(Me 2 SiO) 4 – třepáním O(SiMe 3 ) 2 a cyklo s malým množstvím konc. H 2 SO 4 ≡Si-O-Si≡ + H 2 SO 4 → ≡Si-O-SiO 3 H + ≡Si-OH ≡Si-OH + ≡Si-O-SiO 3 H → ≡Si-O-Si≡ + H 2 SO 4
použití:
dielektrická izolační média, hydraulické oleje, náplň do kapalinových tlumičů, mazadla, kosmetické přípravky (rtěnky, krémy na opalování, atd.), nejsou jedovaté (odpěňovadla do stolních olejů)
Siloxany (silikony)
silikonové elastiomery (kaučuky)
– zpevněné lineární dimethylpolysiloxany
výroba:
polymerace katalizovaná KOH, H 2 SO 4 : zesíťování kaučuku pomocí oxidačních činidel (benzoylperoxidem)
použití:
izolační pouzdra, kyslíkové masky, zdravotnické hadice, kosmické skafandry, implantáty
Siloxany (silikony)
silikonové pryskyřice
silanových skupin – připravují se hydrolýzou fenylsubstituovaných dichlor- a trichlorsilanů v toluenu, promytí H 2 O a následná polymerizace a kondenzace
použití:
izolace, lamináty, elektronika, kuchyňské nádobí, hydrofóbní (chirurgické implantáty)