ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Химические связи в силикатах из "Физическая химия вяжущих материалов" В силикатах главная роль принадлежит химической связи Si—О, образующейся путем перекрывания гибридных орбиталей с sp -, sp-гибридными орбиталями кислорода, в результате чего образуются четыре сг-связи. [c.26] Валентные углы О—Si—О, т. е. углы внутри тетраэдра, определяются тетраэдрической пространственной конфигурацией центрального атома и равны 109°. Валентный угол 51—0—51, т. е. угол между двумя тетраэдрами, изменяется в широких пределах — от 120 до 180°, что обусловлено действием сил отталкивания несвязывающих пар электронов и различными типами гибридизации орбиталей кислорода. [c.27] В табл. 1.7 приведены межъядерные расстояния 51—О и валентные углы 51—О—51 в различных модификациях кремнезема. [c.27] В состав природных и технических силикатов кроме кремния и кислорода входят и другие элементы. Из них важнейшую роль играет алюминий. Алюминий может содержаться в силикатах в двух формах. В одних он находится в виде катиона (силикаты алюминия), в других — входит в состав аниона (алюмосиликаты). В последнем случае (наиболее распространенном) атомы алюминия замещают атомы кремния в тетраэдрах [5104] . р -Гибридизация орбиталей атома алюминия, соответствующая тетраэдрической группировке [А1О4], стабильна только в присутствии щелочных ионов. При этом связь [Ме+—(А104)] является делокализованной. [c.27] Поскольку тетраэдр имеет четыре вершины, общими могут быть одна, две, три или все четыре вершины. Это определяет многообразие структур и различное отношение 51 О в силикатах. Различные по форме сочетания взаимно связанных тетраэдров [5104] называются кремнекислородными мотивами. [c.28] Кремнекислородные мотивы могут быть конечных и бесконечных размеров. Они образуют кольца, цепочки, ленты, слои, каркасы. [c.28] Встречаются и циклические группировки, содержащие по три или щесть атомов кремния, связанных, как и в других случаях, через атомы кислорода. [c.29] Иногда, однако, атом кремния связывается кислородными атомами с тремя другими атомами кремния. Простейшим результатом этого может быть образование двойных цепей (рис. 1.8), как это имеет место у некоторых волокнистых минералов, например асбеста. В них цепи располагаются тоже параллельно и связываются положительно заряженными нонами, размещающимися между ними. [c.29] Ионные силы оказываются более слабыми, чем силы ковалентных связей внутри каждой цепи. Поэтому внешние механические воздействия, недостаточные для разрыва самих цепей, могут разделить материал на волокна. [c.29] В более сложных случаях связывание силикатных групп приводит к образованию плоских сеток или объемных решеток, образующих остов кристалла. Плоские сетки образуются в слюдах и в некоторых минералах глин (каолините, монтмориллоните), обусловливая свойственную им слоистость (рис. [c.29] Характерной чертой строения силикатов является воможность замещения в кристаллической структуре ионов кремния несколько большими по размеру ионами алюминия. Отношение Гк Г для алюминия, как отмечалось, составляет 0,415, т. е. является пограничным. Поэтому координационное число алюминия может быть как 4, так и 6. Алюминий с координационным числом 4 может входить в кремнекислородный мотив. Алюминий с координационным числом 6 выполняет роль катиона. Эта двойственность алюминия, установленная еще В. И. Вернадским, затрудняет изучение силикатов и алюмосиликатов. [c.29] Двойственную роль в силикатах могут играть и такие катионы, как бор, бериллий, титан, цирконий. Они также могут замещать кремний в кремнекислородных мотивах, образуя боро-, берилло-, титано-, цирконосиликаты или силикаты бора, бериллия, титана, циркония. [c.30] Иногда в силикатах содержатся дополнительные анионы —чаще всего О -, ОН-, р-, а также нейтральные молекулы воды. К наиболее часто встречающимся в силикатах катионам относятся Ре +, А13+, Са2+, К+, На+, Мп2+, 2г +, Т1 +. Небольшие катионы Мд2+, Ре +, А13+ обычно имеют координационное число 6. Такие катионы, как Са2+, 2г +, Т1 +, могут иметь координационные числа 6 и 8. Для крупных одновалентных катионов К+, На+ характерны координационные числа 8 и даже 12. В силикатах чрезвычайно развит изовалентный и гетеровалентный изоморфизм. [c.30] Вернуться к основной статье