Šiame straipsnyje apžvelgiama silikatų chemija, jų struktūra, fizikinės ir cheminės savybės, dispersiniai ir skystosios fazės silikatų ypatumai bei praktiniai jų uždaviniai technologijose. Tekste naudositės tik jau pateiktais sakiniais iš черновика, juos išsidėstysiu logiškai, papildant kai kurias jungtis siekiant sklandaus turinio ryšio.
1. Silicio chemija
Elementinis silicis. Silicis gamtoje. Nors laisvas silicis, kaip cheminis elementas, gamtoje nerandamas, jis yra vienas labiausiai Žemės plutoje paplitusi elementas (antras po deguonies) ir sudaro apie 28,2 jos masės. Taip pat eina visų kosminių kūnų sudėtis, randamas ir tarpžvaigždinėje erdvėje. Saulės sistemoje pagal paplitimą silicis yra 7-asis elementas. Laisvo silicio gamtoje nerandama. Iš jo labiausiai paplitęs smūgis - silikatai ir aliumosilikatai. Silicio mineralai dirvoje sudaro 85-87. Hidrosferoje silicis yra ištirpusios silicio rūgšties bajenos. Žemės vandenyse SiO2 koncentracija yra apie 5·10^-3 kg/m^3, atmosferoje dėl kalnų uolienų erozijos yra šiek tiek silicio dioksido dulkių. Silicio randama beveik visuose gyvūnų audiniuose ir organuose, jis dalyvauja visuose gyvybę palaikančiuose procesuose.
Silicio atom o sandara. Periodinėje elementų sistemoje silicis yra IV grupėje, todėl daugeliu atvejų jis yra anglies analogas. Panašiai kaip anglis, silicis gali tiek atiduoti, tiek prisijungti elektronus. Jo gebėjimas prisijungti elektronus yra kiek silpnesnis negu anglies. Silicio atomų masė 28, atomo spindulys 0,118 nm (1,18 Å). Yra žinomi trys stabilūs silicio izotopai: ^28Si, ^29Si ir ^30Si. Izotopai skiriasi tik neutronų skaičiumi branduolyje. Protonų skaičius elemente visada yra pastovus. Izotopų pasiskirstymas Žemėje yra apie 92,23% (^28Si), 4,67% (^29Si) ir 3,10% (^30Si). Taip pat egzistuoja 5 radioaktyvūs izotopai - ^25Si, ^26Si, ^27Si, ^31Si, ^32Si. Izotopas ^32Si gali būti panaudotas kaip žymintasis atomas tyrinėjant silikatų tarpusavio reakcijas. Taip pat nurodoma, kad yra dar 4 trumpalaikiai silicio izotopai - ^33Si, ^34Si, ^35Si, ^36Si. Toliau teigiama, kad visų silicio izotopų neutralus elektronų skaičius ir išsidėstymas orbitaluose yra vienodi, todėl elektronų konfigūraciją galima užrašyti kaip 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^2. Keturi išoriniai elektronai 3s^2 3p^2 vadinami valentiniais elektronais, kurie lemia daugelį silicio cheminio pobūdžio savybių.
Elektronų pobūdis ir junginiai. Silicio chemijos savybės susiformuoja dėl išorinių elektronų 3s^2 3p^2. Elektronų išsidėstymas aprašo brėžiniai orbitalų energijos lygiams: K L M s p np. Kadangi polygmenų ir p energijos skirstymas turi įtakos cheminėms savybėms, silikonų chemijoje dažnai nagrinėjamos O-Si-O ryšio kampai [SiO4] tetraedro, Si-O-Si ryšiai ir Si-O-M ryšiai koordinaciniai skaičiai bei poliedrai.
1.2-1.9. Silicio junginiai ir organiniai silicio junginiai
SiO2 atmainos - kristalinio silicio dioksido polimorfizmas, dispersinio silicio dioksido atmainos, silicio rūgštys ir jų polimerizacija, tirpimo greitis, bei stiklo struktūros sudėties ypatumai - aptariami skyriuose apie kristalines ir stiklinės silikatų savybes. Taip pat nagrinėjami organiniai silicio junginiai, jų savybės ir panaudojimo galimybes technologijų kontekste.
2. Kritalinė silikatų struktūra ir savybės
2.1-2.9: Kristalinė kieta medžiaga, jos struktūra, pagrindinės joninių struktūrų sudarymo taisyklės, tankiausios sanglaudos principas, kristalinės medžiagos vaizdavimas, cheminiai ryšiai silikatuose, O-Si-O ryšiai ir valentiniai kampai [SiO4] tetraedre, Si-O-Si ryšiai, Si-O ryšio ilgiai, Si-O prigimtis, Si-O-M ryšiai. Toliau nagrinėjama silikatų struktūra ir klasifikacija, silikatų struktūros ypatumai, pažinimo ir klasifikacijos raida, struktūrinė silikatų klasifikacija, kristalocheminė silikatų klasifikacija, silikatų fizikinės savybės priklausomybė nuo struktūros, silikatų pavadinimų sudarymo principai ir formulės, kristalinių defektų tipai: izomorfizmas, Šotkio ir Frenkelio defektai, dislokacijos.
3 skyrius apima skystosios būsenos ir stikliškųjų silikatų struktūrą bei savybes, jų lydalų vaidmenį technologijoje, stiklo kilmės ir stiklodaros principus, struktūrinės stiklodaros teorijos, kinetinę stiklodaros teoriją, stiklo atmainas, stiklo struktūrą, bendras silikatinių stiklų savybes: klampą, tankį, mechanines, termines, optines ir cheminį stiklo atsparumą bei elektrines savybes.
4 skyriuje aptariama dispersinių silikatų struktūra ir savybės: didelis dispersiškumas, elektrokinetiniai reiškiniai dispersinėse sistemose, silikatų hidratacija ir molio-vandens koedukacija, koledinės sistemos molis-vanduo dinamikos ypatumai.
3. Gamtiniai silikatų tipai ir jų taikymas
5 skyriuje nagrinėjama gamtinių silikatų įvairovė: šarminiai metalai silikatatai, šarminiai žemi metalai silikatatai, aliuminio silikatai ir hidrosilikatai, aliumosilikatai. 6-7 skyriuose išsamiai aptariami cheminiai procesai silikatiniuose sistemose: kietojoje fazėje vykstančios reakcijos, jų mechanizmas, kinetika, dujų ir skystosios fazės įtaka, bendroji silikatų susidarymo proceso charakteristika, porceliano ir Portlandcemento klinkerio gamybos procese vykstantys procesai, stiklo ir sitalų gamybos ir jų procesai. 8 skyriuje pristatomi tyrimo metodai: difrakciniai, spektroskopiniai, termografiniai, mikroskopiniai ir cheminės struktūros tyrimo metodai. 9 skyriuje pateikiamos fazinės pusiauvyras ir fazių pusiauvyrų diagramos: vienakomponentės, dvikomponentės, trijų ir keturių komponentų sistemos, eutektikos, inkongruentiški besilydantys junginiai, mišriosios kristalos, polimorfizmas ir kiti sudėtingi silikatinių sistemų modeliai. Literatūra ir papildomi skyreliai detalizuoja silikatų chemiją ir technologijas.
Gali būti naudingi papildomi vaizdiniai
Kaip gaminamas stiklas
Turiniuose pateikiamas didelis skaičius techninių terminų ir specifinių silikatinių sistemų pavadinimų. Struktūrinės konfigūracijos ir eksperimentiniai tyrimai gali būti naudingi studentams ir specialistams, dirbantiems keramikoje, statybose, stiklo ir cemento pramonėje, taip pat akademinėje silikatų chemijos mokyme.