2015-10-22
971
ЛЕКЦИИ №2. Силикаты в кристаллическом состоянии. Классификация силикатов.
Силикаты в кристаллическом состоянии
Силикаты представляют собой особый класс неорганических кислородных соединений, основной структурной единицей которых являются кремнекислородные тетраэдрические группы [Si04]4- (ортосиликатные ионы). Одной из особенностей этих групп является их способность связываться друг с другом через общие атомы кислорода, причем эта связь осуществляется только через вершины тетраэдра (а не через ребра и грани). Рассмотрим квантово-механическую модель образования связей Si—О в элементарной тетраэдрической группе [SiО4]4- и связей Si—О—Si (силоксанная связь) при соединении тетраэдров через общие вершины (мостиковые атомы кислорода) в кремнекислородные комплексы.
Атом кремния в возбужденном состоянии имеет во внешнем электронном слое 4 неспаренных электрона — один на 3s- и три на 3p-орбиталях. Кремний образует 4 равноценные одинаковые гибридные орбитали, направленные к вершинам правильного тетраэдра, т.е. имеет место sp3-гибридизация. Таким образом, при образовании связи с кислородом атом кремния использует свои 4 гибридные, тетраэдрически расположенные в пространстве орбитали. За счет перекрывания этих орбиталей с одной из двух 2р-орбиталей атома кислорода с неспаренными электронами образуются в результате 4 равноценные одинарные s-связи, т.е. возникает тетраэдрическая группа [SiО4]4- с углом связи О—Si— О, равным 109°28'. Структурно это отвечает правильному тетраэдру, в центре которого расположен атом кремния, окруженный четырьмя атомами кислорода, находящимися в вершинах тетраэдра.
Размеры тетраэдрической группы [SiО4]4- в силикатах колеблются в сравнительно узких пределах: длина связи Si—О изменяется в пределах от 0,15 до 0,17 нм, а расстояние между атомами кислорода -0,264 нм. По современным представлениям, связь Si—О является ковалентно-ионной с преимущественным преобладанием доли ковалентной связи. Связь Si—О обладает сравнительно высокой прочностью (энергия связи -374 кДж/моль).
