Силикаттар

Силикаттар — кремнийлі қышқылдардың тұздары. Силикаттардың құрамында [SіO] 4 тетраэдрлік иондар немесе тетраэдрлардың бір-бірімен қосылуының нәтижесінде түзілген күрделі иондар болады. Силикаттар — табиғатта кең тараған, жер қыртысы массасының шамамен 3/4 бөлігі мен барлық белгілі минералдардың шамамен 1/3 бөлігін құрайды (дала штаттары, слюдалар, саз, сирек кездесетін берилл, бертрандит, поллуций, циркон, т.б.). Силикаттар — керамика, цемент, әйнек, асбест, содалар, кейбір металдарды алудағы негізгі шикізат; Химиялық тұздар әдісі бойынша барлық силикаттарды әр түрлі кремний қышқылдарының тұздары деп қарайды. Соған байланысты силикаттарды оттекті кремний тұздарының топтарына беледі. Кристалдық құрылыс әдісі бойынша силикаттарды ішіндегі [SiО 4 ] бөлшектерінің өз ара байланысқан құрылысына қарай бөледі. 1. Химиялық тұздар әдісінің негізі Кремний тотығына (кремнеземге) әр түрлі мөлшерде су молекуласы қосылатын болса, соған сәйкес әр түрлі кремний қышқылдары шығады. Сол қышқылдардың тұздары әр түрлі силикат минералдардың топтарын құрайды. Мысалы, судың бір ғана молекуласы қосылса, ол метакремний қышқылы (SiО 2 + H 2 О = H 2 SiО 3 ) болады. Бұл қышқылдың тұзы метасиликат деп аталады. Мысалы, волластонит минералы осы метасиликатқа жатады. Өйткені оның химиялық формуласы — CaSiО 3 . Егер бір бөлік кремний тотығына екі бөлік су қосылса, ол ортокремний қышқылы (SiО 2 + 2H 2 О = H 4 SiО 4 ) деп аталады. Бұл қышқылдың тұздары ортосиликаттар тобын кұрайды. Мысалы, оливин (Ғ", Mg) 2 (Si04 ) минералы сол ортосиликаттар қатарына жатады. Егер екі бөлік кремний тотығына үш бөлік су қосылса, ол пирокремний қышқылы (2SiО 2 + 3H 2 О = H 6 Si 2 О 7 ) деп аталады. Оның тұздары пиросиликат тобын құрайды. Мысалы, тортвейтит (Sc,Y)2 ( Si 2 O 7 ) минералы соған жатады. Бұл айтылғандардан басқа силикаттардың құрамында алюминий тотығы болса, оны алюмосиликаттар тобына жатқызады. Алюмосиликаттардың түрі өте көп және олардың барлығын тұз түріндегі формулаға келтіруге болмайды. Оларды кейде күрделі тотықтардың жиындары ретінде қарауға да тура келеді. Кейінгі кездегі зерттеулерге қарағанда силикат ішінде алюминий екі түрлі қасиетке ие болады екен. Бір жағдайда ол кремниймен қатар комплексті анион кұрса, екінші жағдайда ол өз алдына тотық құрады. Сондықтан да олардың барлығын бір формула түріне келтіруге болмайды. Алайда көптеген алюмосиликаттарды тұздар формуласы түріне келтіруге болады. Мысалы, дала шпаттары деп аталатын көптеген алюмосиликаттарды мынадай екі қышқылдың тұзы деп қарауға тура келеді: HAlSi 3 О 8 және H 2 Al 2 Si 2 О 8 . Бұл қышқылдарды оңай есте қалдыру үшін алдыңғысын «тақ», кейінгісін «жұп» деп алайық . Өйткені бұл екеуіндегі бірдей санды (8) оттегін былай қойғанда, басқа элементтер «тақ» немесе «жұп» болып келеді. Сонымен қатар «тақ» қышқылдың тұздарында көбінесе тақ (жалғыз) валентті металдар (Na, К, Li,...), ал «жұп» қышқылдың тұздарында кебінесе жұп (екі) валентті металдар (Са, Ва, Mg),...) болады. Сонысына қарай осы тұздарды да «тақ» және «жұп» тұздар деп аталады. «Тақ» тұздардың мысалы мына минералдар: ортоклаз—KAlSi 3 О 8 , альбит — NaAlSi 3 О 8 , микроклин — (К, Na) AlSi 3 О 8 . «Жұп» тұздың мысалы: анортит (CaAl 2 Si 2 О 8 ) . Осы айтылған екі түрлі тұзды өз ара араласуынан тағы бірнеше қорытпа минералдар пайда болады. Мысалы, соның ішінде үздіксіз аралас қорытпа минералдар құраушы альбит пен анортит. Біз жоғарыда алюмосиликат ішінде алюминийдің екі түрлі жағдайда болатынын айттық . Алюминий кремниймен катар комплексті анион құрамына кіретін болған жағдайда ғана алюмосиликатты минералдарға жатқызу керек. Олай болмаған күнде, яғни алюминий катион ретінде өз алдына силикат құратын болса, ол басқа бір силикат түріне жатады. Сондықтан бұрынғы алюмосиликат деп жүрген минералдардың көбісін енді оған жатқызбау керек деген пікір айтылып жүр. Бұл пікір шынында да дұрыс. Осыған бір мысал келтірейік. Жоғарыда айтылған анортит минералын ортосиликатқа жатқызып, оның формуласын былай жазуға болады: CaAl 2 (SiО 4 ) 2 . Осы ретпен қарағанда анарлар атты минералдар тобы — альмандин Fe 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 , гроссуляр Са 3 АІ 2 (SіO 4 ) 3 т. б.— түгелдей ортосиликатқа жатады. Берилл атты минерал — Ве 3 Al 2 ( SiО 3 ) 6 метасиликатқа жатады. Сонымен, силикаттарды бұрынғыша кремний қышқылдарының, тұздары деп бөлудің жақсы үйлесетін жағы да және дәл келе қоймайтын кемшіліктері де болады. Сондықтан кейінгі кезде силикаттарды кристалдық, ішкі құрылысына қарай топтастыру керек деген пікір туып отыр. 2. Силикаттaрды кристалдық ішкі құрылысы бойыншатоптaудың негізі Кейінгі кезде кристалдардың ішкі құрылыстарын рентгендік әдістермен зерттеу нәтижелеріне қарағанда силикаттар ішінде [SiО 4 ] бөлшегі ерекше орын алады. Бұл бөлшекте кремний ионы ортада болады да, оның айналасында төрт оттек иондары төрт бұрышты тетраэдр формасында орналасады. Бұл тетраэдрда кремний мен оттек иондарының арасы көбінесе тұрақ ты (1,6 А) және байланысы басқа катиондардан гөрі әлдеқайда берік келеді. Сонымен, барлық силикат атаулыда комплексті анион [SiО 4 ] 4- - ең негізгі құрылыстық бөлшек болып табылады. Осы кремний-оттек (қысқаша силот) тетраэдрлерінің өз ара қүрылыс туріне карай силикаттардың да әр түрлі қасиеттері болатыны анықталған. Басқаша айтқанда силикаттардың барлық физикалық жоне химиялық қасиеттері силот тетраэдрлерінің бір-бірімен жалғасу түріне (құрылысына) байланысты болатыны байқалған. Мысалы, силот тетраэдрі жеке түрде болса, опан берік жұмыр кристалдар түзіледі. Тетраэдрлер бір сызық бойында тізбектеліп келсе, одан талшықты минералдар пайда болады. Тетраэдрлер жалпақ жазық бойынша қабаттасып тіркесетін болса, одан жұқа қабыршақты слюда сияқты минералдар шығады. Силот тетраэдрлері өз ара тіркескенде де, басқа бөлшектермен жалғасқанда да тек бұрыштары арқылы, яғни оттек иондары арқылы қосылатыны айқын. Тетраэдрдің өзі оңаша сол қалпында болса, оның оттек ионының саны кремний ионы санынан 4 есе кеп болады. Егер тетраэдрдің төрт бұрышы бірдей ортақ оттек арқылы төрт тетраэдрге жалғасатын болса, онда оттек ионы кремний ионынан 2 есе кеп болады, яғни ол кәдімгі кварц (SiCb) кристалына жатады. Сонымен, комплексті анионда О : Si қатысы 4 : 1-ден 2 : 1-ге дейін өзгереді. Осы қатынастың мөлшеріне қарай бұл әдіс силикаттарды химиялық тұздар түрінде қарап әдісіне байланысады. Жоғарыда айтылған «жұп», «тақ» тұздар деген түсініктердің өзі осы тетраэдрлердің «жұп» және «тақ» санына байланысты алынған. Мұнда жалпы еске ала кететін бір жағдай мынау. Кремнидің төрт оң зарядты, оттек екі теріс зарядты, ал төрт оттектің жалпы теріс зарядты саны сегіз болады. Сонда төрт оң, төрт теріс заряд нейтрал түрге айналғанда, төрт теріс заряд артық қалады. Сондықтан силот тетраэдрлер төрт зарядты комплексті анион [SiО 4 ] 4 - болып табылады. Әрбір екі тетраэдр өзара бір бүрыштары арқылы қосылатын болса, сол бүрыштағы оттек екеуіне ортақ болады да, сол оттегінің заряды нейтрал түрге айналады. Мұнда тек сыртқы алғы оттектің алты заряды ғана еркін болады. Демек, мұнда кремнийдің, жалпы саны 2, оттектің саны 7, заряд саны 6, яғни [Si 2 О 7 ] 6 - болады. Осы сияқты силот тетраэдрлері үштен, төрттен, алтыдан қосақталғанда ион сандары және соған байланысты заряд сандары да өзгеріп отырады. Дереккөздер