Krzemian to nieorganiczny materiał o krystalicznej strukturze atomowej. Ceramika jest wytwarzana z różnych minerałów krzemianowych.
Krzemionka jest powszechnie występującym minerałem i wytwarza się z niej wiele produktów. Najbardziej rozpowszechnionym rodzajem krzemionki jest kwarc. Występuje również w formie zwanej trydymitem i krystalobalitem.
Co to jest krzemian?
Krzemiany są największą i najważniejszą klasą minerałów, zawiera je 90% skorupy ziemskiej. Minerały te składają się z czworościanów krzemionki, które mają wspólne atomy tlenu i są połączone wiązaniami z kationami metali, takimi jak Fe2+, Mg2+ lub Ca2+, aby zrównoważyć ich ujemny ładunek.
Czworościany są połączone ze sobą, tworząc łańcuch, strukturę, która jest zwykle ciemno zabarwiona (patrz rysunek 3a i 3b). Ponieważ mają silne wiązania między sobą, płaszczyzny słabości atomowej nie przecinają tych łańcuchów; zamiast tego mają one dwa kierunki rozszczepienia równoległe do siebie i prawie pod kątem prostym.
Krzemiany o pojedynczym łańcuchu, zwane piroksenami, dzielą jeden jon tlenu z każdym innym czworościanem. Powoduje to mniejszy stosunek tlenu do krzemu, ponieważ mniej kationów jest potrzebnych do zrównoważenia ujemnego ładunku każdego atomu krzemu.
Krzemian jest minerałem
Krzemiany są największą grupą minerałów i stanowią zdecydowaną większość skorupy ziemskiej. Są podzielone na kategorie ze względu na ich skład chemiczny i sposób, w jaki łączą się ze sobą, tworząc złożone struktury, takie jak arkusze, pierścienie, szkielety i jednostki podwójne.
Czworościan krzemowo-tlenowy jest podstawą wszystkich krzemianów i stanowi szkielet struktury krystalicznej. Czworościan jest piramidą z jonem Si4+ w środku i czterema jonami O2- w narożnikach (patrz rysunek 1).
Każdy z tych czworościanów może łączyć się z jednym lub kilkoma różnymi kationami na wiele różnych sposobów, co czyni krzemiany niezwykle różnorodnymi i złożonymi. Niektóre podstawienia mogą jednak zaburzyć chemię krzemianów, a Al+3 jest częstym przykładem podstawienia, które może powodować problemy w strukturze.
Czworościany mogą również łączyć się ze sobą, tworząc dwuwymiarowe arkusze, takie jak mika biotytowa i muskowit. Taki układ może powodować silną jednokierunkową płaszczyznę łupliwości w tych minerałach, a struktura ta jest podstawą filosilikatów.
Krzemian to ceramika
Krzemiany to ceramika techniczna, która powstaje z połączenia naturalnych surowców, takich jak glina, kaolin i skaleń. W procesie spiekania materiały te są podgrzewane do wysokich temperatur, a następnie mieszane z wodą, która jest następnie mieszana do postaci zawiesiny i pozostawiana do utwardzenia.
Silikaty składają się z krzemu i tlenu i mają wiele unikalnych właściwości, które czynią je cennymi w świecie elektroniki i elektrotechniki. Właściwości te obejmują doskonałe właściwości dielektryczne, odporność na szok termiczny i działanie w wysokich temperaturach.
Krzemian jest materiałem
Krzemian jest powszechnie stosowanym materiałem w ceramice technicznej, szczególnie dlatego, że nie wymaga wysokich temperatur spiekania i jest łatwy do formowania. Jest też stosunkowo tani ze względu na dostępność naturalnych surowców.
We wszystkich krzemianach kationy krzemu są połączone z czterema anionami tlenu w małych przestrzeniach zwanych tetrahedrami. W krzemianach szkieletowych każdy anion tlenowy jest podzielony między dwa czworościany, co daje skład Si4 +O22 -, jak w minerale kwarcu (patrz: MINERAŁY | Kwarc).
Większe jony, takie jak Al+3, Mg+2, Fe+2, Ti+4 i Ca+2, wchodzą do czworościanów poprzez 6-krotne lub oktaedryczne miejsca koordynacyjne. Podobnie inne kationy, takie jak K+, Rb+, Ba+2 i Na+1 są koordynowane przez 12 oksygenów w 12-krotnych miejscach koordynacyjnych. Te formy koordynacji nadają tetraedrom kierunek rozszczepiania, który jest często odwrotny niż w przypadku krzemianów jednołańcuchowych.
