SiO2, SILIKÁTY, SILOXANY

Oxid křemičitý (SiO2) po H2O nejstudovanější látka (tvoří 22 fází a tucet polymorfních forem) nejběžnější formou α-křemen výskyt v horninách (žula, pískovec) čistá forma (křišťál) nečistá forma (růženín, kouřový křemen, morion, ametyst, citrín) nedokonalé krystalické formy (chalcedon, chrysopras, karneol, achát, jaspis, heliotrop, pazourek) méně běžné formy (tridymit, cristobalit)

Formy křemene mineralogická exkurze ☻ křišťál růženín kouřový křemen morion citrín chalcedon chrysopras ametyst karneol achát jaspis heliotrop pazourek

Oxid křemičitý (SiO2) krystalické modifikace složené z nekonečných seskupení tetraedrů SiO4 (sdílejí společný vrchol) strukturní změny: β-křemen ↔ β-tridymit ↔ β-cristobalit ↔ SiO2 (l) ↨ ↨ ↨ α-křemen α-tridymit α-cristobalit coesit – zahříváním Na2SiO3 a (NH4)2HPO4

Oxid křemičitý (SiO2) modifikace SiO2 (největší hustota, k.č. 6) v rutilové struktuře vláknitý křemen w-SiO2 (nízká ρ) SiO2 + Si → 2 SiO → w-SiO2 + Si vlhkostí se rozpadá na amorfní SiO2 Obecně křemen: odolný vůči působení kyselin kromě HF rozpouští se v MOH nebo M2CO3 za vzniku M2SiO3

Oxid křemičitý (SiO2) z halogenů napadá pouze F2, reaguje i s H2 a C s oxidy kovů a polokovů – význam ve sklářské technologii = křemenné sklo použití: průmysl, elektromechanické přístroje, křemenné skla, silikagel křemičitany: lepidla, pojiva, žáruvzdorné materiály ve zředěných roztocích přítomnost málo rozpustných křemičitých kyselin (H2Si2O5, H2SiO3, H6Si2O7, H4SiO4, H10Si2O9)

Oxid křemičitý (SiO2) - silikagel amorfní forma SiO2 – velmi porézní strukturu, vzniká okyselením křemičitanu sodného, vzniklá gelovitá sraženina se dehydratuje pražením vlastnosti mikroporézního materiálu: póry o průměru 2200-2600 pm, chemicky inertní použití: sušidlo, selektivné sorbent, chromatografie,

Silikátové minerály horniny + produkty rozkladu, zeminy, jíly, písky proměnlivé složení = různé strukturní typy (u všech strukturní typ tetraedru SiO4, různé prostorové uspořádání) možnost tvořit lineární a násobné řetězce, cykly, vrstevnaté trojrozměrné struktury

Silikátové minerály dělení do 6 skupin: 1. neso-křemičitany (izolované SiO4) 2. soro-křemičitany (izolované SiO4) 3. 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 {SiO4} orthokřemičitany M2IISiO4 (Na,K,Mg,Mn, Fe, Zn, Zr), možnost izomorfní substituce (Mg,Fe,Mn)2IISiO4 olivín) granáty M3IIM2III(SiO4)3 (MII: Ca,Mg,Fe k.č. 8; MIII: Al, Cr, Fe k.č.6) součástí portlandského cementu granát

soro-křemičitany s izolovanými jednokami Si2O7 poměrně vzácné např: thortveitit Sc2Si2O7, Ln2Si2O7, Zn: hemimorfit trojnásobné tetraedrické jednotky – vzácné (aminoffit, kinoit) hemimorfit thortveitit

cyklo-křemičitany každá jednotka SiO4 sdílý s přilehlými tetraedry 2 atomy O = [(SiO3)n]2n- beryl Be3Al2{Si6O18} beryl

ino-křemičitany řetězovité–sdílení vrcholů tetraedru {SiO4} pestré, hojné a důležité minerály pyroxenové: enstatit (Mg2Si2O6), diopsid (CaMgSi2O6), jadeit (NaAlSi2O6), spodumen (LiAlSi2O6) pásové–příčné spojení {SiO32-} tremolit (Ca2Mg5(Si4O11)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) Mg3(Si2O5)(OH)4, serpentiny, amfiboly azbestosa-dlouhodobý styk s prachem azbestových vláken ve vzduchu

phyllo-křemičitany vodorovné zesíťováné řetězce {Si2O64-} nebo kondenzované jednotky {Si6O1812-} v rovině nejznámější a nejdůležitější minerály (jíly, slídy, mastek) M2Si2O5, M = Li, Na, Ag, H slída-biotit mastek

2KAlSi3O8 + CO2 + H2O → Al2(OH)4Si2O5 + 4SiO2 + K2CO3 jíly, slídy jíly: podstatná složka půdy vznikají zvětráváním vyvřelých hornin např. kaolinitu 2KAlSi3O8 + CO2 + H2O → Al2(OH)4Si2O5 + 4SiO2 + K2CO3 směs s vodou – tvarovatelný měkký materiál slídy: vznikají pozdní krystalizací vyvřelých hornin, vznikají když ¼ SiIV nahrazena AlIII a záporný náboj vyrovnán K+ (K+ pevnější a tvrdší než mastek biotit (tmavá slída), margarit slída margarit

tekto-křemičitany sestaveny z jednotek SiO4, 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 NaCa0,5(Al2Si5O14)·10H2O chabazit Ca(Al2Si4)O12·6H2O 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  [R2SiO]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 – třepáním O(SiMe3)2 a cyklo-(Me2SiO)4 s malým množstvím konc. H2SO4 ≡Si-O-Si≡ + H2SO4 → ≡Si-O-SiO3H + ≡Si-OH ≡Si-OH + ≡Si-O-SiO3H → ≡Si-O-Si≡ + H2SO4 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, H2SO4 : zesíťování kaučuku pomocí oxidačních činidel (benzoylperoxidem) použití: izolační pouzdra, kyslíkové masky, zdravotnické hadice, kosmické skafandry, implantáty

Siloxany (silikony) silikonové pryskyřice – připravují se hydrolýzou fenylsubstituovaných dichlor- a trichlorsilanů v toluenu, promytí H2O a následná polymerizace a kondenzace silanových skupin použití: izolace, lamináty, elektronika, kuchyňské nádobí, hydrofóbní (chirurgické implantáty)

DĚKUJI ZA POZORNOST