Si 4+ tạo thành hơn 20 pha tinh thể với oxy, tuy nhiên, một số trong số đó chỉ bền với các tạp chất. Các tạp chất này hoặc là sự thay thế Si 4+ bằng Al 3+ và do đó, sự kết hợp của các cation khác để cân bằng điện tích, hoặc sự kết hợp của hầu hết các mẫu hữu cơ (ví dụ trong metanophlogit hoặc trong zeolit không chứa Al).
Giống như hệ thống BO, Si-O cũng là một trong những loại phụ gia thủy tinh điển hình. Khi SiO 2 nóng chảy được làm lạnh đơn giản , thủy tinh được hình thành. Các hình dạng thủy tinh xuất hiện tự nhiên là obsidian và tektite. Thủy tinh thạch anh quan trọng về mặt kỹ thuật có điểm hóa mềm khoảng 1500 oC, một hệ số giãn nở nhiệt thấp, độ trong suốt cao đối với tia UV và không quan tâm đến hóa chất. Nó được sử dụng rộng rãi, chủ yếu trong phòng thí nghiệm, nhưng khó xử lý hơn ‘thủy tinh bình thường’. Cấu trúc chứa tứ diện SiO 4 liên kết góc không theo thứ tự dãy dài. Các dạng vô định hình khác có tầm quan trọng về mặt kỹ thuật
- Silica gel, được sản xuất bằng cách axit hóa dung dịch Na silicat và sấy phun sau đó và được sử dụng làm chất hấp phụ, chất làm khô, vật liệu mang sắc ký và vật liệu cách điện.
- Đất diatomaceous, xuất hiện tự nhiên và được sử dụng như một bộ lọc và mài mòn hoặc làm chất độn và trong sản xuất đồ sứ.
Hầu hết tất cả các pha SiO 2 kết tinh bao gồm các sắp xếp liên kết chéo cao của tứ diện SiO 4 được liên kết qua các góc . Các trường hợp ngoại lệ là stishovite (CN 6 = Si phối trí bát diện, ( cấu trúc Rutile ) và SiO 2 dạng sợi (tứ diện liên kết cạnh, cấu trúc SiS 2 , W-SiO 2 ).
Liên kết Si-O thể hiện các thành phần liên kết ion và liên kết cộng hóa trị. Theo Pauling, đặc tính ion là 0,51, tương ứng với điện tích +0,96 trên silicon. Khi nhìn vào liên kết cộng hóa trị, tỷ lệ liên kết đôi được thể hiện trên cơ sở khoảng cách Si-O (liên kết đơn: 177 pm, liên kết đôi: 153 pm; khoảng cách Si-O trong thạch anh: 160 pm). Giá trị của các góc Si-O-Si cũng tương đối lớn ở 151 o (không có ký tự liên kết đôi, 109 o, tức là sự phối trí tứ diện, sẽ được mong đợi; với một liên kết đôi thuần túy, mặt khác, 180 o ) .
Sự biến đổi của các dạng SiO 2 , thạch anh, tridymit và cristobalit bền ở áp suất thường có thể được nhìn thấy trong sơ đồ sau:Biểu đồ pha hoàn chỉnh cho thấy các điểm chuyển tiếp của các pha tinh thể cũng như các khoảng ổn định như một hàm của nhiệt độ và áp suất. Ngoài các pha áp suất bình thường, các pha áp suất cao coesite, keatit và stishovite được biết đến.
Các ranh giới pha được hiển thị trong các đường đứt nét biểu thị các pha có thể di căn.
Cấu trúc của các biến đổi tinh thể được tóm tắt trong phần tổng quan sau đây. Các dạng alpha và beta chỉ khác nhau một chút (xem bên dưới).
| Tên + VRML | GIF | Si-O [chiều] | Góc Si-O-Si | Mật độ [g / cm 3 ] | biến thể nhồi bông |
| thạch anh alpha | 161 | 144 | 2,65 | LiAlSiO 4 (ß-eucryptite) | |
| beta-tridymite | 156 | (180) | 2,26 | KNa 3 (AlSiO 4 ) 4 (nepheline) | |
| beta cristobalite | 161 | (180), 147 | 2,33 | KAlO 2 , opal: H 2 O SiO 2 | |
| Coesite | . | . | 2,91 | Sr 3 Al 2 N 4 | |
| Keatit | . | . | 3.01 | . | |
| Stishovite | 176-181 | . | 4,39 | . |
Các sửa đổi quan trọng nhất về chi tiết
Thạch anh là sự biến đổi của SiO 2 ổn định ở áp suất thường và nhiệt độ bình thường. Mật độ của nó là 2,65 g / cm 3 . Cấu trúc của giai đoạn alpha và beta chỉ khác nhau một chút. Chỉ vị trí của các nguyên tử Si được chỉ ra dưới đây: Tứ diện SiO 4 liên kết góctạo thành 3 1
-Vặn các trục quanh trục c tam giác. Mỗi tứ diện này cũng có liên kết với hai vít lân cận. Do không có các yếu tố đối xứng của loại thứ 2, thạch anh tạo thành các đơn tinh thể đa hình (thạch anh phải và trái). Độ thuận tay được giữ lại trong quá trình chuyển đổi giữa dạng alpha và beta (thay đổi giai đoạn dịch chuyển!). Thạch anh có xu hướng có nhiều kiểu kết đôi khác nhau:
- Sự kết dính của thạch anh trái và phải được gọi là cặp song sinh Brazil. Chúng hiển thị một cấp độ gương bổ sung (thứ 3 từ bên trái)
- Sự kết dính của hai tinh thể thạch anh trái và phải dẫn đến cặp song sinh Dauphineer, bản thân chúng lại là chiral (thứ 4 và thứ 5 từ bên phải)
- Sự kết hợp của cặp song sinh người Brazil và Dauphineer cũng được biết đến (ngoài cùng bên phải).
Điều này dẫn đến vô số khả năng cho trang phục pha lê với thạch anh:
Thạch anh là thành phần chính của đá granit và đá sa thạch. Ở dạng tinh khiết, nó tồn tại dưới dạng tinh thể đá. Các giống màu bị ô nhiễm chính là:
- Thạch anh hồng (màu hồng do sự kết hợp giữa các kẽ của Ti 3+ )
- Thạch anh ám khói (màu đỏ nâu do sự kết hợp của Al 3+ và tương ứng với một e – trung tâm)
- Thạch anh tím (màu tím do sự thay thế của Fe 4+ và Fe 2+ )
- Citrine (màu vàng do kết hợp giữa Fe 3+ )
- Các biến thể đa tinh thể, ví dụ, mã não hoặc đá lửa.
(Về màu sắc trong thạch anh: Angew. Chem. 85 (1973) 281.)
Tính chất vật lý: Do tính đối quang của chúng, thạch anh có hoạt tính quang học. Vì chúng không có tâm đối xứng nên chúng thể hiện tính áp điện, tức là tạo áp lực lên tinh thể dẫn đến sự hình thành lưỡng cực và sự tích điện của các mặt đối diện của tinh thể. Hoặc, ngược lại, khi một điện trường được đặt vào, tinh thể bị biến dạng cơ học. Do đó, các tinh thể được sử dụng ở bất cứ nơi nào các tín hiệu cơ học được chuyển đổi thành tín hiệu điện (đồng hồ điện, máy tính, micrô, thế hệ siêu âm). Quá trình điều chế thạch anh được thực hiện bằng phương pháp tổng hợp thủy nhiệt ở độ dốc 400 o nhưng 360 o
ở áp suất khoảng 1,7 kbar. Các khoảng trống trong cấu trúc thạch anh tương đối nhỏ, vì vậy các biến thể nhồi chỉ được biết đến với liti nhỏ. Ví dụ, trong beta-eucryptite LiAlSiO 4 , được sử dụng cho các ngọn bếp vì hệ số giãn nở âm và nhỏ của nó, Al 3+ thay thế một phần của Si 4+ và sự khác biệt về điện tích được bù đắp bởi các cation Li.
Tridymite (ridymit là một dạng đồng hình nhiệt độ cao của thạch anh và thường xuất hiện ở dạng tấm nhỏ hoặc các tinh thể giả sáu phương không màu trong các ốc đá phun trào Felsic) Công thức hóa học của tridymit là SiO2) ổn định trên khoảng 870 o C. Mật độ của nó là 2,36 g / cm 3 .
Cái tên này xuất phát từ tiếng Hy Lạp (Tridymos) và cho biết sự hình thành sinh ba được ưa thích. Tridymite không phổ biến trong tự nhiên và chỉ bền khi bị nhiễm các cation kim loại kiềm hoặc kiềm thổ. Cấu trúc phụ Si tương ứng với cấu trúc của băng tridymite, tức là cấu trúc wurtzite lục giác có mặt; 6 vòng làm bằng tứ diện cho thấy cấu trúc bồn tắm và ghế. Như với thạch anh, các dạng alpha và beta chỉ khác nhau ở những thay đổi nguyên tử nhỏ. Các khoảng trống trong tridymite (1 khoảng trống / 2 nguyên tử Si; xem CaGa 2 ) là các lăng trụ lục giác có nắp 3 chiều tương đối lớn. Ví dụ, một biến thể nhồi bông là nepheline KNa3 (AlSiO 4 ) 4 .
Cristobalite là dạng ổn định của SiO 2 ở trên khoảng 1470 o Cvới mật độ 2,27 g / cm 3 . Giống như tridymite, cristobalite tự nhiên chỉ xảy ra với các tạp chất. Cấu trúc con Si tương ứng với cấu trúc của viên kim cương; các vòng sáu ghi nhớ đều nằm trong cấu trúc ghế. Các khoảng trống là tứ diện bị cắt ngắn (đa diện Frank-Kasper CN 16, 1 khoảng trống / nguyên tử Si, xem NaTl). Làm đầy các khoảng trống này, ví dụ, dẫn đến KAlO 2 hoặc – nếu các khoảng trống được lấp đầy một nửa – đến opal (H 2 O _ Si 2 O 4 ).
Ngoài các dạng SiO 2 ổn định ở áp suất thường , các dạng bền tinh thể còn được biết đến:
Trong SiO 2 dạng sợi (cũng là W-SiO 2 ) có các chuỗi tứ diện SiO 4 được liên kết bằng các cạnh . Một biến thể nhồi bông của điều này, ví dụ, Sr 3 Al 2 N 4 . Biểu diễn dạng này nên thành công ở nhiệt độ 1300 o C và áp suất 10 -4 bar.
Các dạng SiO 2 bền khác là một loạt các zeolit không chứa Al (ví dụ ZSM-5 = Silicalit không chứa Al).
Đã biết tổng số 3 cách điều chỉnh áp suất cao của SiO 2 .
Coesite (trên cùng bên trái – là một dạng (đa hình) của silicon dioxide SiO2) xuất hiện trong hố thiên thạch và có mật độ 2,91 g / cm 3 . Nó trơ hơn về mặt hóa học so với thạch anh và, ví dụ, có khả năng chống lại axit flohydric đậm đặc. Sự biểu diễn nhân tạo của sự biến đổi SiO 2 này đã được Coes đạt được vào năm 1953 khi ông cho phản ứng Na metasilicat Na 2 SiO 3 với (NH 4 ) 2 HPO 4 ở 700 o C và 40 kbar. Cấu trúc đơn tà gồm bốn vòng SiO 4-Trahedra liên kết tạo thành chuỗi. Các chuỗi này (được hiển thị bằng các màu khác nhau!) Được liên kết thêm với các lớp, do đó 4 vòng tiếp theo được tạo ra. Tổng cộng có 4 và 6 vòng xảy ra, tương ứng với xu hướng quan sát được với băng, các vòng nhỏ hơn hình thành khi áp suất tăng.
Ở áp suất cao hơn nữa, keatit (mật độ: 3,01 g / cm 3 ) (tâm trên cùng) ổn định. Sự biến đổi này, không xảy ra tự nhiên, có thể được sản xuất bằng phương pháp thủy nhiệt ở 100 kbar và 500 oC . Cấu trúc phụ của Si tương ứng với cấu trúc của đá keatit. 4 1 trục vít (được hiển thị bằng các màu khác nhau trong hình) chạy ở 1 / 2.0, z trong ô đơn vị tứ giác. Các tứ diện của một lớp tinh thể học tiếp theo liên kết các chuỗi này với nhau, do đó có thể tìm thấy tổng cộng 5, 6-, 7- và 8 vòng trong cấu trúc.
Biến tính SiO 2 với mật độ lớn nhất (4,39 g / cm 3 ) là Stishovite (trên cùng bên phải), được tìm thấy trong hố thiên thạch. Có thể sản xuất nhân tạo ở 180 kbar. Cấu trúc tương ứng với kiểu Rutile , tức là Si nằm trong diện tích bát diện của O (CN Si = 6, CN O = 3). Các khối bát diện SiO 6 được liên kết qua các cạnh chung tạo thành các sợi chạy dọc theo trục c trong Cấu trúc tứ giác. Các chuỗi này được liên kết với các chuỗi lân cận thông qua các góc O chung, do đó mỗi nguyên tử oxy được điều phối bởi tổng số ba nguyên tử silicon. Không có cấu trúc tứ diện SiO 4 hở , nhưng cấu trúc có thể được xem như một hình lục giác đóng gói O 2-.mô tả trong đó một nửa khoảng trống hình bát diện được lấp đầy. Sự hiện diện của biến đổi stishovite được thực hiện là nguyên nhân dẫn đến bước nhảy mật độ giữa lớp phủ bên trong và bên ngoài của trái đất.
Liên hệ tư vấn
Hãy liên hệ với chúng tôi, quý khách sẽ được hỗ trợ nhanh chóng & miễn phí.| VP HÀ NỘI: | Lô H, The Zen, KĐT Gamuda, Q. Hoàng Mai, TP Hà Nội |
| NHÀ MÁY: | Km3, Đ. Phan Trọng Tuệ, H. Thanh Trì, TP Hà Nội |
| WEBSITE: | www.nguyenvinh.vn / www.chebienbot.com |
| HOTLINE: | 0945881362 |
| EMAIL: | franknguyenhn@gmail.com |
