二氧化硅和硅酸盐

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(4)骨架型硅酸盐 许多[SiO4]四面体联结成无限个三维网格结
构。[SiO4]四面体通过共用4个氧原子而组成各种各样的空间格架,
其硅2021氧/2/2骨3 干如[AlSi3O8]nn-等
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§14.5* 无机非金属材料
见第19章 材料与化学
§14.6* 常见离子的鉴定方法

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钾长石 K2OAl2O36SiO2
或K2Al2Si6O16
高岭土 Al2O32SiO22H2O
或Al2H4Si2O9
白云母 K2OAl2O36SiO22H2O 或 K2H4Al2(SiO3)6
石棉 CaO3MgO4SiO2
或 CaMg3(SiO3)4
沸石
Na2OAl2O32SiO2nH2O 或Na2A12(SiO4) 2 nH2O
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●结构类型 硅酸盐基本结构单位都是[SiO4]四面体。[SiO4]四
面体不同的连接方式构成4类不同的硅氧骨干结构形式
(1)分立型硅酸盐 结构中含有单个的负离子[SiO4]2-或2,3,4 , 6 个 [SiO4] 四 面 体 , 联 成 直 链 或 环 状 结 构 的 负 离 子 [Si2O7]6- , [SinO3n]2n-,这些分立的硅氧骨干靠带正电的金属离子相互联结
滑石
3MgO4SiO2H2O
或 Mg3H2(SiO3)4
高岭土是粘土的基本成分。纯高岭土为制造瓷器的原料。钾长石 、云母和石英是构成花岗岩的主要成分。花岗岩和粘土都是主要的 建筑材料。石棉耐酸、耐热,可用来包扎蒸气管道和过滤酸液,也 可制成耐火布。云母透明、耐热,可作炉窗和绝缘材料。沸石可作 硬水的软化剂,也是天然的分子筛
(2)链型硅酸盐 许多[SiO4]四面体连接成无限长的单链或双链 ,因而此类结构中含有在一个方向上无限延伸的硅氧骨干如
[SiO3]n2n-,[Si4O11]
6nn
(3)层型硅酸盐 许多[SiO4]四面体通过共用顶角氧原子连成片 状结构。含有在二维平面上延伸的硅氧骨干[Si2O5]n2n-,[AlSi3O10]n5-
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●性质
——制取 实验室用可溶性硅酸盐和酸作用制取硅酸
SiO32-+ 2H+ ==== H2SiO3
——硅酸是二元弱酸, Ka1 = 310-10,Ka2 = 210-12。硅酸在纯水 中溶解度很小。生成的硅酸不立即沉淀。原因:单个硅酸分子可溶 。硅酸分子会逐渐进行聚合成多硅酸溶胶,加电解质于稀的硅酸溶 胶中方可得粘浆状的硅酸沉淀,若硅酸较浓则得硅酸凝胶。蒸发硅 酸凝胶部分水,得到硅酸干胶,即硅胶(silica gel)
——关于硅胶 白色稍透明的固体,多孔性,内表面积很大,可
达800 m2·g-1~ 900m2·g-1,有强的吸附性能,可作吸附剂、干燥剂和
催化剂载体。实验室用变色硅胶作干燥剂:硅胶用CoCl2溶液浸透 后烘干。无水Co2+为蓝色,水合Co(H2O)62+为粉红色。吸附水分增
多,颜色由蓝向粉红转变,重新烘干变为蓝色
件而变,以SiO2yH2O表示。已知的有:偏硅酸 H2SiO3(SiO2H2O
)它最简单,常以H2SiO3代表硅酸;二硅酸H6Si2O7(2SiO23H2O)
;三硅酸H4Si3O8(3SiO22H2O);二偏硅酸H2Si2O5(2SiO2H2O)
;正硅酸H4SiO4(SiO22H2O)
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Байду номын сангаас
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3. 硅酸盐
●性质
溶解性 所有硅酸盐中,仅碱金属硅酸盐可溶水,其余金属的 硅酸盐都难溶于水。贵金属硅酸盐一般具有特征的颜色
水溶液性质 溶液呈碱性。在硅酸钠溶液中加入NH4Cl,NH4+ 与水作用而显酸性, SiO32-与水作用显碱性,相互促进,使其与水 作用更完全,H2SiO3沉淀和氨气放出,可鉴定可溶性硅酸盐
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——物理性质 纯净的石英称水晶,是坚硬,脆性、难溶的无色透 明晶体,膨胀系数很小,骤热骤冷也不易破裂,常用以作光学仪器 ,是光导纤维的主要材料,紫水晶、烟水晶是由于混入杂质所致
——化学性质
•SiO2的化学性质不活泼,不溶于水
•与酸作用情况 只有浓磷酸和氢氟酸可与之作用
中生成硅酸盐
SiO2 + 2NaOH ==== Na2SiO3 + H2O
高温时,SiO2与氢氧化钠或碳酸钠共熔得到硅酸钠
SiO2 + 2Na2CO3 ==== Na2SiO3 + CO2
Na2SiO3呈玻璃状,能溶于水,水溶液称为水玻璃,可作粘合剂、 防火涂料和防腐剂
2. 硅酸
●概况 SiO2是硅酸的酸酐,可构成多种硅酸,组成随形成条
SiO2 + 2H3PO4(浓) ==== SiP2O7 + 3H2O
SiO2 + 4HF ==== SiF4 + 2H2O SiF4极易与HF配位形成氟硅酸
SiF4 + 2HF ==== H2SiF6
氟硅酸在水溶液内很稳定,是强酸,酸性与硫酸相仿
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•与碱作用情况 SiO2是酸性氧化物,能缓慢地溶解在强碱
SiO32- + 2 NH4+ + 2H2O ==== H2SiO3 + 2NH3H2O
2NH3 + 2H2O
分布 硅酸盐分布极广,种类繁多,约占矿物总类的1/4,构成
地壳总质量的80%。硅酸盐组成非常复杂,为方便,常看作硅酐和
金属氧化物相结合的化合物,化学式可写作
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第十九章 材料与化学
本章要点
本章主要介绍化学与材料科学之间的关系,重点是化学在各种新材 料的开发和应用中的作用,包括金属材料、新型无机非金属材料、 有机高分子材料、复合材料以及纳米材料等
14.4.6 二氧化硅和硅酸盐
1. 二氧化硅
●存在
——硅的丰度为29.50%,居第二位。是构成矿物的主要元素。硅 易与氧结合,自然界无游离的硅,以硅石SiO2及硅酸盐形式存在
——硅石有晶形和无定形两种形态。硅藻土是无定形的SiO2,由 硅藻和放射虫的遗骸构成,具有多孔性,是良好的吸附剂
●结构与性质
——结构 SiO2是原子晶体,每个硅原子与4个氧原子以单键相 连,构成[SiO4]四面体结构单元。晶体的最简式为SiO2,但SiO2并不 代表一个简单的分子。四面体排列的形式不同构成了不同的晶型
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