Mundarija : kirish I. Bob. Silikatlar hozirda asosiy struktura turiga qarab tasnif qilinishi

2.2.Kremniy (IV) oksidi silikat kislota.
Kremniy dioksid SiO2 qadimdan qumtuproq deb nomlangan, rangsiz kristall modda ts = 17280S nihoyatda qattiq va mustahkam.
Tabiatda tarqalishi.
Kristallik SiO2 kvars minerali holida granitlar, gneyslar, qumliklar va dengiz qumini asosiy tarkibiy qismiga kiradi. Kvarsning yaxshi hosil bо‘lgan kristallari rangli aralashmalar bilan quyidagi minerallarni hosil qiladi:
tog‘ xrustali (oq tiniq);
(tutunsimon) kvars yoki raux topaz (kul rangdan to jigar ranggacha);
binafsha kvars;
marion (qora);
ametist (gunafsha);
sitrin (sariq).
Bulardan tashqari kvarsning xillariga tarkibida suvi bо‘lgan minerallar: opal, xalsedon (agat, karneol, yashma) va kremenlar kiradi.
SiO2 chо‘kma tog‘ jinslar kizelgur (diatomit, tuproq infuzoriyalari) tarkibiga kiradi.
SiO2 kristallari ayrim о‘simliklar va hayvonlar organizmidan (ayrim boshoqli о‘simliklarda qamishda, bombukda kremniyli gubka va suv о‘tlarida) ham uchraydi.
Kremniy (IV) oksidining olinishi. Kvarsning yaxlit katta (mono kristallar) kristallari suniy gidrotermal usulda SiO2 cuvli eritmalardan 300-4000S da va 100 -200 mPa (1000-200 atm) bosimda о‘stiriladi.
Kremniy (IV) oksidining xossalari. Oq kukun yoki oq tiniq kristallar polimorf modifikasiya turiga bog‘liq holda (kvars tridimit, kristobalit) 1500-17050S oralig‘ida suyuqlanadi. Suyuqlangan qumtuproq amorf shishaga о‘xshash massa holida qotadi (kvars shishasi).
Faqat ftorid kislotasi (plavik kislota) ta’siridan buziladi, kislota kam bо‘lganda SiF4, kislota mо‘l bо‘lganda H2[SiF6] (geksaftorid kislota) hosil bо‘ladi SiO2 suyuqlangan ishqorlar, ishqoriy metallarni karbonatlari bilan qizdirilganda turil silikatlar hosil qiladi.
SiO2 + 2NaOH t0 Na2SiO3 + H2O
Na2CO3 + SiO2 t0 Na2SiO3 + CO2
Kremniy (IV) oksidining ishlatilishi.
Qumtuproq (SiO2) shisha, keramika, namunaviy materiallar, beton, buyumlar ishlab chiqarishda kremniy olishda ishlatiladi. Kvars kristallari radio texnikada ultratovush qurilmalarida qо‘llaniladi.
Tog‘ xrustali yuvelir ishlarida qimmatbaho tosh optik instrumentlar tayyorlashda material. Kvars kristallari, kvars soatlarida ishlatiladi.
Kremniyning kislotalari va silikatlar
Kremniy kislotalari tо‘g‘ridan-tо‘g‘ri SiO2 bilan N2O dan olinmaydi. Biroq silikatlarga kislota ta’sir ettirilganda yoki ayrim binar birikmalari gidrolizlanganda SiCl4 gidratlangan kremniy oksidi m SiO2 ∙ nH2O hosil bо‘ladi va chо‘kmaga tushadi.
Na2SiO3 + 2HCl = NaCl + SiO2 · H2O↓
SiCl4 + 4H2O = 4HCl + H4SiO4↓ (SiO2 ∙ H2O)
Kremniyning kislotalari juda kuchsiz kislota SiO2 va suvning nisbatlari turlicha:
mSiO2 + nH2O da m=1 va n = 1 bо‘lsa, H2SiO3 – metasilikat
m=1 va n=2 bо‘lsa, H4SiO4 – ortosilikat kislota
m=2 va n=1 bо‘lsa, H2Si2O5 – disilikat kislota m = yoki n=
bо‘lsa, polisilikat kislotalari deyiladi. Gidratlangan mSiO2·nH2O
dastlab qovushqoq biroq tezda qattiq rangsiz kislota geliyga aylanadi.
Keyinchalik saqlanish davomida havoda asta-sekin gelning suvsizlanishi natijasida oq qattiq bо‘lmagan juda g‘ovak mahsulot silikagel hosil bо‘ladi. Kuchli qizdirish va keyin natriy xloridni yuvib chiqilgandan keyin mayda dispers oq kukun kremniy dioksid olinadi.
Bunga oq qurum deyiladi. Quyidagi rasmlarda silikat kislota anionlarining tuzilishlari keltirilgan
Cheklangan о‘lchamga ega kо‘rsatilgan silikat ionlari bilan bir qatorda cheklanmagan о‘lchamga ega bо‘lgan zanjirli lentali, yassi tekislikli va fazoviy strukturali silikat ionlar ham mavjud (asbest,slyuda va qum tuproq).
Silikat kislotaning eruvchan tuzlaridan eng muhimlari natriy silikat va kaliy silikatlardir. Bu tuzlarga kо‘pincha eruvchan shisha ularning suvdagi eritmalariga suyuq shisha deyiladi. Suvdagi eritmalari kleylash va qovushqoqlik xossalariga ega, shu sababli ularning
suvdagi eritmalari (Na2SiO3) idora kleyi sifatida ishlatiladi. Ochiq havoda suyuqlanganda SO2 ta’sirida parchalanadi, karbonat kislota silikat kislotani siqib chiqaradi. Silikat kislotasi juda kuchsiz kislota. Erimaydigan silikatlar faqat tabiatda tarqalgan. Tabiiy si-
likatlar tarkiblari va strukturalarining turli tumanligi bilan farqlanadi. Qum tuproqdagi va kremniy kislotalaridagi kabi silikatlarda asosiy struktura birligi tetraedrik guruhchasi birligi [SiO4]-4 bо‘ladi. Tetraedrlar ikki juftda [Si2O7]-6 uchtasi xalqachaga [Si3O9]-6 tо‘rttasi [Si4O12]-8 va oltita [Si6O18]-12 tetraedrlarga birlashishlari mumkin.
Bu nisbatan oddiy strukturali hosil bо‘lganlar zanjirlar lentalarga, qatlamchalarga, orolchalarga va koordinasion strukturalarga birlashishlari mumkin. Quyida orolsimon strukturali silikatlarga, yuqori kompleksli anionlari bilan misollar keltirilgan
[SiO4]-4 Be2[SiO4] Fenakit Zr[SiO4] Sirkon
[Si2O7]-6 Sc[Si2O7] Tortveytit
[Si3O9]-6 BaTi[Si3O9] Benitoit
[Si4O12]-8 Ca2FeAl2(BO3) (ON) [Si4O12] Aksinit
[Si6O18]-12 Be3Al2[Si6O18] Berill
Kremniyning bir qismi silikatlar strukturasida alyuminiy atomlariga almashinishlari mumkin (alyumosilikatlar), okso-ionlar –ftor, xlor, gidroksil, borat va boshqa ionlarga almashinadilar. Alyumosilikatlarda bir qismi [SiO4] tetraedrlar о‘rniga [AlO4] tetraedr-
lari turadilar. Keltirilgan silikatlardan akosinit va berill alyumosilikatlardir.
Sun’iy silikatlar.
Tabiiy silikatlar va alyumosilikatlardan sun’iy yо‘l bilan har xil silikatli materiallar olinadi, ular juda katta amaliy ahamiyatga ega bо‘lib, keng ishlatiladi. Ulardan eng muhimlari shisha, sement va keramikadir.
Shisha. Tiniq qattiq material, strukturasi moddaning amorf holatiga muvofiq keladi. Tarkibi bо‘yicha shisha har xil silikatlar aralashmasi bо‘lib, ishqoriy metallar va kalsiyning silikatlari kо‘proq bо‘ladi. Shisha qizdirilganda yumshaydi va asta-sekin suyuqlik holatiga о‘tadi, ular qat’iy aniq suyuqlanish temperaturasiga ega emas, bunday materiallar uchun yumshash sodir bо‘ladigan temperaturalar intervalini kо‘rsatish mumkin.
Kimyoviy xossasi bо‘yicha shisha - inert material. Ular kimyoviy ta’sirga chidamli, faqat NG‘ va ishqoriy metallarning gidroksidlarining suyuqlanmalari shishani buzadi. Shishaga gul solishda va surat yoki naqsh berishda plavik kislotasi, vodorod ftorid (gaz holida) va qattiq gidroftoridlar ishlatiladi. Shishalar tarkibiga kо‘ra quyidagi muhim turlarga bо‘linadi:
Shisha xom ashyoni (qum, soda va SaSO3) suyuqlantirib olinadi:
Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 = Na2O ∙ CaO∙ 6SiO2 + 2CO2↑
Soda о‘rniga natriy sulfat va kо‘mir aralashmasi ham ishalatiladi:
Na2SO3 + 3C + CaCO3 + 6SiO2= Na2O∙CaO∙6SiO2 + 2CO2↑ + SO2↑ + 3CO↑
Bu uncha qimmat bо‘lmagan «normal deraza» oynasi. Butilkalar shishasi yanada arzonroq bо‘lib, u unchalik toza emas, suyuqlangan silikatga alyuminiy va temir oksidlari aralashgan bо‘ladi. Temir oksidi shishaga yashil rang beradi.
Bu turdagi shishalarga ohak natriyli shisha deyiladi.
Ohak –kaliyli shisha; qum, ohaktosh va potashdan tayyorlanadi.
Ohak – natriyli shishaga nisbatan qiyinroq suyuqlanadi:
K2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 = K2O ∙ CaO∙ 6SiO2 + 2CO2↑
Bu shishaning boshqacha turi – bogemsk- xrustali va kron (optikada foydalaniladi).
Qо‘rg‘oshin – kaliyli shisha qum, qо‘rg‘oshinli surik va potashdan tayyorlanadi. Yuqori suyuqlanuvchan material, yuqori nur tarqatish koeffisentiga ega:
PbCO3 + CaCO3 + 6SiO2 = PbO ∙ CaO∙ 6SiO2 + 2CO2↑
Optikada, yuvelir ishlarida qimmatbaho toshlarni imitasiya qilishda va qо‘rg‘oshinli xrustal sifatida uy-rо‘zg‘or buyumlarini tayyorlashda ishlatiladi.
Alyumoborsilikatli shisha. Bu shishada SiO2 qisman Al2O3 va V2O3 bilan almashtirilganda, buning uchun suyuqlangan massaga bor gidroksidi (yoki bura Na2B4O7) va kaolin (yoki dala shpati) qо‘shiladi.
Yensk shishasi nomi bilan ham ma’lum. U juda issiq bardosh va undan kimyoviy hamda uy rо‘zg‘or idishlari tayyorlashda foydalaniladi.
Maxsus shishalar. Masalan termometrlar uchun shisha, ultrabinafsha nurlanishlar uchun tiniq shisha, kо‘k (kobaltli) shisha, suyuqlanmaga SoO, So2O3 qо‘shib olinadi, sutdek oq shisha- loyqa hosil qilish uchun TiO2 qо‘shiladi, qо‘yosh nuridan himoyalovchi shisha (AgCl qо‘shiladi).
Xavfsiz shishalar. (oskolkasiz – siniqsiz, parchasiz shisha) – singanda mayda parchalar hosil bо‘lmaydi, kо‘p qatlamli xavfsiz shisha, bir necha qavatdan iborat, qavatlar orasida plastmassali plyonkalar bо‘ladi.
Agar suyuqlangan shishaga MnO2 qо‘shilsa qizg‘ish gunafsha rangli shisha, So2O3 – qо‘shilsa izumrud yashil shisha, oltin birikmalari qо‘shilsa tо‘q qizil rangli qimmat baho, elektronika va fotografiyada ishlatiladigan shishalar olinadi.
Hozirgi vaqtda shisha asosida yangi anorganik shishalar sinfiga mansub materiallar sitallar ya’ni, shisha kristallar olinmoqda va foydalanilmoqda. Agar shishada kichik mikrokristallar sohasi bо‘lsa sitallar nozik qoldiq shisha qatlami bо‘lgan shishaning deyarli tо‘liq kristalanish mahsulotlaridir.
Shishaning tо‘liq kristalanishi uchun unga mineralizatorlar (metall oksidlari) qо‘shiladi. Ular shishaning kristallanish uchun о‘ziga xos katalizatorlar bо‘ladi. Sitalldagi ayrim kristallitlarning о‘lchami 30 nm gacha shisha qatlami 5 % gacha bо‘ladi. Sitallar yuqori mexanik mustahkam ular kimyoviy va issiqlikka chidamli, 1400-15000S dagina yumshaydilar. Masalan, magniyli sitallar (MgO – Al2O3-SiO2) obolit oynaga nisbatan 10 baravar mustahkam, alyuminiydan yengil, yuqori uglerodli pо‘latga nisbatan qattiq, termik barqarorligi kvarsday.
Silikat keramikasi- bu formaga qо‘yilgan xom loyni (ichida kvars qumi va dala shpati bо‘ladi) kuydirib olinadigan materiallar va buyumlardir. Keramik materiallar, asosan, alyuminiy silikat (3Al2O3 – 2SiO2) dan iborat bо‘ladi. Yupqa devorli keramika bu har xil kimyoviy
va texnik idishlardir. Qalin devorli keramika bu issiqlikka chidamli qurilish buyumlaridir.
Silikat keramika materiallari orasida eng ahamiyatlisi va eng kо‘p ishlatiladigani –chinnidir. Chinni kо‘rinadigan oq, qattiq jaranglaydigan material, eng nodir keramik mahsulot. Xitoyda eramiznig VI asridan beri ma’lum, Yevropada 1709 yildan beri ma’lum.
Chinni olish uchun xom ashyo toza, elangan kaolin, kvars qumi va dala shpati (2:1:1 nisbatda) xizmat qiladi. Aralashma ma’lum vaqt ushlab turilgandan keyin unga ma’lum shakl beriladi sekin quritiladi va dastlabki kuydirish 9000S da qilinadi va glazur suyuqligiga botirila-
di, yoki gul (naqsh) beriladi, keyin 14000Sda kuydiriladi.
Sement silikat sanoatining eng muhim materialaridan biridir.
Sement kulrang kam hollarda oq kukun, kalsiy alyumosilikati, u namlanganda suv bilan kimyoviy bog‘lanadi va toshdek massa bо‘lib qotadi.
Qattiqlik xossasi bо‘yicha eng qimmatlisi portland sementdir.
Uni maydalangan ohaktosh va qumtuproq (gil) aralashmasini 14500S da kuydirib olinadi. Sement uzunligi ℓ = 40 – 50 m, diametri d =2,5 – 3,5 m, <70 qiya qilib joylashtirilgan maxsus truba pechlarida olinadi. Sement tabiatda uchraydigan klinker yoki migrel SaO∙SiO2∙Al2O3∙Fe2O3 dan olinadi. Sementning kimyoviy tarkibi odatda unda bо‘ladigan oksidlarning foiz miqdorlari bilan ifodalanadi.
Sementdagi SaO – og‘irligining qolgan uchta oksidlar og‘irliklarining yig‘indisi nisbatiga sementning gidromoduli deyiladi va uning qiymati sementning texnik sifatini kо‘rsatadi:
( )
. ( )
2 3 2 3 2 m Fe O Al O SiO