72 2

3 STRUKTURA KnV3TAUC7NA-KRVSTAtOORAflA

substancji, takich jak glina lub szkła krzemianowe (rys 3 JO L/worofciaiiy Si O* mogą >ię łączyć bezpośrednio lub poprzez, jony metalu (M) Jeżeli krzemionka I;|c/_y sic z tlenkiem metalu (na przykład z MgO, CaO lub FeOl » *u»unku MO/SiO równym 2 lub większym ni/ 2. to powstaje krzemian zbudowany z osobnych czworościanów krzemionki połączonych cząsteczkami MO. Krzemianem tego ty_pu fest p/neót (Mg.FeJ^SiOj występujący w znacznych ilościach w powierzchniowej warstwie skorupy ziemskiej. Zmniejszenie stosunku AfO/SiO, nieznacznie poni/_Cj 2 prowadzi do powstania elementów struktury składających się z dwóch c/woro-

RYS. 3.31 CzHwnkuo SiOi

iciooów krzemionki o wspólnym narożu (rys. 3.32). Dalsze zmniejszenie ilość, tlenku metalu powoduje powstanie łańcuchów składających się z. czworościanów o wspolmeh narożach. Struktura ta jest podobna do struktury polimerów / kręg,, słupem -C-C-C-C- z tym wyjątkiem, że obecnie kręgosłupem jest -Si-O-Si-O-. W łańcuchach dwa atomy tlenu z każdego czworościanu s. wspólne dla dwóch sąsiednich czworościanów (są dwa tleny mostkowe). Pozostał dna atomy tlenu tworzące czworościan powodują, łącznie z MO. utworzenie rniyd/', łańcuchami wiązań jonowych. Wiązania jonowe są słabsze od wiązań w kręgosłupie

-Si-O-Si-O-, dlatego krzemiany te mają mocno anizotropowe własności Taką strukturę ma na przykład azbest.

RYS 3.32. Dw-ł czworościany o wspólnym narożu Si,O?'

Jeżeli trzy atomy tlenu każdego czworościanu stają się wspólne dl.: sąsiednich czworościanów, to wówczas powstaje struktura warstwowa. Struktury warstwową mają między innymi mika. talk i glina. Metal M przyłącza się uprzywilejowanie do jednej strony warstwy, a mianowicie do tej, na której znajduje się den. Warstwa jest zatem spolaryzowana, gdyż ma wypadkowy ładunek dodatni na jednej powierzchni, a na drugiej - ujemny. Prowadzi to do mocnego oddziaływania

72

Mianowicie: woda jest wsysana między warstwy, co powoduje, źc glina jest '    ⁴/ua. Warstwy krzemianów o takiej strukturze ślizgają się łatwo po sobie. gdy/,

^nurowanc znajdująca się między mmi woda. Jak należało oczekiwać, krzemiany _oVt< sa bardzo mocne w płaszczyźnie warstwy, natomiast pękają łatwo warstw (mika. talk). Głównym składnikiem zwykłej gliny jest kaolinu ₍)H)JSi₄O,₀I} zbudowany z cienkich płytek składających się z warstwy nm*nki reprezentowanej przez (Si₄O_lo)⁴ połączonej wiązaniami jonowymi «ar<s*Q AIJOHfJ* Witania w tej dwuwarstwowej płytce są mocne (jonowo-.fr-m-ulencyjnc). natomiast sąsiednie płytki są związane jedynie słabymi wiązaniami

der Waałsa

poUmorfKPi rozumiemy występowanie jakiegoś pierwiastka lub związku

poltmorft*^m

Przez polimorfizm rozumie.i--------^-----~

fłcnncznego w różnych strukturach krystalicznych. Przemianę jednej struktury

'—■'"‘itka lub związku w drugą nazywamy przemianą polimorficzną.

Pojęciem o węższym iryiJaUcznej w czystych pierwiastkach.

Al nia ,tmk.urę KSC. a Mg - strukturę HZ. gdy* kryształ Al o _Stn.k._urZc KSCmt najmniejszą energię, naiomu* struktura HZ zapewma kry ształów, Ma _takii_e mmiraimi energii. Ogólnie każdy materia! wybiera tak, strukturę krystaliczna która /jpcwni* tnu mtntmum energtt. Jednak różnica m,_Cdzy encrgiamt. 7ak,c ma ten ™

zakresie jest alotropia. gdyż dotyczy ona przemian struktury

'^"śaek lub związek chemiczny w rttónych strukturach krystalicznych, jest ^PlW|dfntew,elkŁ wobec tego niektóre substancje zmieniają strukturę krystaliczną 'ZZ zmiana temperatury. Na przykład stabilną strukturą krystal.czną kobaltu _Ife. 4$o°C jest struktura HZ, natomiast powyżej 450®C - struktura RSC. Duże Sńe praktyczne ma zachodząca przy 9I2°C przemiana alotropowa w żelazie nWiiwia ona między innymi hartowanie stali). Poniżej 912^CC stabilną strukturą Krystaliczną żelaza jest struktura RPC. natomiast powyżej - struktura RSC. Jednak sirukruraR.se żelaza jest trwała jedynie do 1394°C. Powyżej tej temperatury stabilna jest ponownie struktura RPC.

Sytuacja jest dużo bardziej skomplikowana w przypadku krzemionki (SiO,). Ma ona co najmniej siedem struktur krystalicznych oraz często występuje w stanic niekrystalicznym. Wszystkie struktury krystaliczne SiO> mają jedną cechę wspólną, a mianowicie są one siecią połączonych ze sobą czworościanów SiO* “. Wspólne jony 0‘ dla sąsiednich czworościanów tworzą wzór chemiczny krzemionki SiO,. Komórkę elementarną struktury krystalicznej krzemionki stabilnej w wysokich temperaturach, nazywanej krystobaliteni, pokazano na rys. 3.33. Jcsi io stcó RSC z dwoma jonami Si^4ł i czterema jonami O²" przypadającymi na punkt sieciowy, natomiast na komórkę elementarną przypada osiem io-

nych SiO, ‘ ^{SZeSmUSc,e J}°^nÓW °' ■ ^{Jest lo} J^{edna z} prostszych postaci krystalicz-