Силикаты

В природе не существует более распространенных химических соединений. На силикаты приходится больше ¾ массы всей земной коры. К ним относится около 500 минералов, в том числе важнейшие, породообразующие: полевые шпаты, слюды, пироксены и др. (см. Минералы и горные породы). Силикаты - это и песок, и глина, и кирпич, и стекло, и цемент, и эмаль, и тальк, и асбест, и изумруд, и топаз.

Силикаты - солеобразные вещества, содержащие соединения кремния с кислородом общего состава Si_xO_y. Их название происходит от латинского слова "силекс" - "кремень". Основу молекул силикатов составляют кремне-кислородные атомные радикалы типа [SiO₄]^4-, имеющие форму тетраэдров. Число атомов Si и О в радикале, а следовательно, и его валентность могут изменяться, кроме того, в состав радикала могут входить и другая элементы: А1, В, Be, Ti, Zr, V. Силикаты, в состав анионного комплекса которых входит алюминий, называются алюмосиликатами. Тетраэдры способны соединяться друг с другом - полимеризоваться (см. Полимеризация) через общий атом кислорода, образуя непрерывные цепочки и сетки. Способ соединения тетраэдров, а значит, и химическое строение силиката зависят от их состава. По типу сочетаний кремнекислородных тетраэдров строится классификация силикатов. Они могут быть островными, кольцевыми, цепочечными, слоистыми и каркасными. В структурах силикатов установлено значительное число различных типов цепочек, лент, сеток и каркасов из тетраэдров.

Силикаты - класс наиболее распространенных минералов: и гранитная надстройка материков, и базальтовый фундамент, обнажающийся на дне океанов, и мантия Земли состоят на ¾ из силикатных пород. На иллюстрации к этой статье изображен некий сказочный дворец из силикатов. Решетки в окнах изображают схематически структуры силикатов. Две модели кремнекислородного тетраэдра стоят на столе из красного родонита (это тоже силикат): одна модель - тетраэдр как геометрическое тело; другая - показывает, каким образом атомы кислорода и кремния образуют этот тетраэдр. Два или несколько тетраэдров, соединенных через атомы кислорода, образуют структурную единицу островного силиката (слева вверху). Если тетраэдры соединяются в бесконечную цепочку, как в первом окне, то получится цепочечный силикат. Рядом с ним - структура ленточного силиката (справа). В двух следующих окнах-слоистые силикаты. Вот некоторые из наиболее известных силикатов: 1 - оливин; 2 - гранат; 3 - берилл; 4 - Лабрадор; 5 - лазурит; 6 - крокидолит; 7 - шерл; 8 - натролит; 9 - везувиан; 10 - мусковит (слюда). На правом рисунке изображены: базальт (черно-зеленые шестигранные призмы); зеленый порфир, на полированной глыбе которого лежит гигантский кристалл изумруда, найденный в прошлом веке на Урале, - он весит больше 2 кг; голубой амазонит; розовый гранит рапакиви и т.д.

Человек в своей созидательной деятельности очень часто применяет силикаты. Трудно найти отрасль хозяйства, где бы они широко не использовались. Многие силикаты входят в состав металлических руд: никелевых, литиевых, бериллиевых, алюминиевых и др. А среди нерудных полезных ископаемых силикаты преобладают. Это уже упоминавшиеся полевые шпаты, слюды, граниты, гнейсы, асбест, тальк, цеолиты, бентонитовые и огнеупорные глины. Здесь и важнейшие строительные материалы, и составляющие литейных формовочных смесей, и огнеупоры, и теплоизоляторы, и сырье для производства керамики. К силикатам относятся и некоторые драгоценные и поделочные камни: изумруд, аквамарин, топаз, гранат, хризолит, турмалин и др.

Сложенные бетонные плиты

В последние десятилетия большое значение приобрели искусственные, или синтетические, силикаты. В отличие от природных они могут быть однородны по составу и строению, свободны от посторонних примесей, поэтому их практическая значимость для техники и науки часто намного выше. Почти все природные силикаты можно синтезировать и, кроме того, при помощи химического синтеза получить многие новые силикаты. Сфера применения синтетических силикатов почти так же широка, как и природных. Вот некоторые из наиболее употребительных синтетических силикатов:

силикаты кальция: 3CaO · SiO₂, 2СаО· · SiO₂ - основные компоненты портландцемента;

содержащий алюминий муллит 3Аl₂O₃. 2SiO₂ - компонент огнеупоров, используемых в металлургии и стекловарении; применяется также в производстве фарфора;

силикаты натрия и калия в виде так называемого жидкого стекла используются для получения клея, красок, замазок и мыла;

силикаты лития и магния - основа для производства термостойких керамических материалов.

Искусственные слюды обладают большей термостойкостью и термостабильностью, чем природные, а искусственный асбест может быть практически любого цвета.