Растворимое и жидкое стекло - Корнеев В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Как известно, в основе классификации силикатов лежит универсальный структурный элемент — кремнекислородный тетраэдр. Поскольку координационное число и степень окисления кремния у силикатов совпадают и равны четырем, 5р3-гибридизация орби-талей приводит к образованию правильного тетраэдра, к углам которого направлены все кремнекислородные связи находящегося в центре тетраэдра атома кремния. Образование силоксановой связи ?1—О—81 создает основу сочленения тетраэдров. Классификация на этой основе представлена в табл. 1 [1].
Таблица !. Структурные типы силикатов
Основная Заряд иона на 1 атом БІ
Структура силикатов структурная единица Анной О/ві
Островные силикаты Тетраэдр - 4 4
Групповые силикаты Линейная группа [БігСЬ] [БізОю 6-.- 3—3,5 2—3
Циклосиликаты тетраэдров
Кольцо [БізО,,] 6-»- 3 2
Цепочечные силикаты 18-
Цепь 3- 2
Ленточные силикаты Двойная цепь [Бі40?Г ]~ 2,75 1,5 1
Слоистые силикаты Слой 2,5
Сдвоенное [8і8О20] 8- 2,5 1
кольцо ]"-
Каркасные силикаты Каркас 2 0
Сложные силикатные системы удобно характеризовать с помощью параметра, называемого связностью (С}). Связность есть число силоксановых связей, приходящихся на 1 атом кремния. Эта величина доступна для анализа и статистически выражает как физико-химические, так и физико-механические свойства силикатной системы.
Островные силикаты образуют группу со связностью, равной нулю, обозначаемую <2 и характерную тем, что в ней полностью отсутствуют силоксановые связи. Группа, где 0=1, в чистом виде представленная дисиликатами [51207]б~, имеет одну силоксано-вую связь на каждый кремнекислородный тетраэдр. Цепочечные силикаты и циклосиликаты входят в группу с (?=2, где присутствуют две силоксановые связи на один тетраэдр. Формально за образующую единицу в этой группе можно взять ион БЮзТ который в литературе носит весьма распространенное название «мета-силикатный ион» или просто метасиликат. Однако необходимо помнить, что такой структурной единицы, аналогичной СОзТ N0^, среди силикатов нет, так как кремний не способен образовывать с кислородом двойные связи. Это справедливо как для раст-
воров, так и для кристаллических структур. Сдвоенные циклосиликаты и слоистые силикаты имеют связность, равную трем, и в них на каждый тетраэдр приходятся три силоксановые связи. Последнюю группу со связностью 4 образуют каркасные силикаты, в которых отсутствуют другие формы связей, кроме силоксановых. Естественно, что многие кристаллические природные и искусственные формы силикатов, аморфные и стеклообразные силикаты могут содержать кремнекислородные тетраэдры, принадлежащие к разным группам. Тогда силикат можно характеризовать долей тетраэдров, принадлежащих той или иной группе. Хотя такая характеристика силиката неоднозначна, она удобна при использовании некоторых методов анализа силикатов.
Исходя из круга рассматриваемых вопросов, следует выделить два раздела безводных щелочных силикатных систем, имеющих значение для производства и применения растворимого стекла, — это кристаллические щелочные силикаты и щелочные силикатные стекла. Из кристаллических щелочных силикатов практическое значение имеют бинарные системы — силикаты натрия, калия и лития как продукты фазовых взаимодействий^ соответствующих бинарных системах ЫагО—БЮг, КгО—БЮг и 1лгО—БЮг- Щелочные кристаллические силикаты со смешанными катионами неизвестны.
Кристаллические щелочные силикаты
Система N320—8102 — бинарная система, диаграмма состояния которой представлена на рис. 1. В соответствии с диаграммой ЫагО—5Ю2 [3] возможно образование следующих кристаллических соединений: 2Ыа20-5Ю2, Ыа20-8Ю2 и Ыа20-25Ю2.
Для равновесной диаграммы состояния ЫагО—БЮг характерно, таким образом, образование трех соединений, из которых только одно — 2ЫагО • 5Ю2 плавится инконгруэнтно (1118 "С). Другие силикаты образуют участки диаграммы простого эвтектического типа с эвтектиками, плавящимися при 1022, 846 и 793 °С. Для двух соединений этой системы — №20 • 2БЮ2 и БЮг характерен полиморфизм в области твердофазного взаимодействия (Ыа20-25Ю2) и в присутствии расплава (5Ю2). Наиболее низкая температура появления расплава в системе соответствует 793 °С. В высокощелочной области (при основности выше основности ортосиликата) эта диаграмма не изучена из-за трудностей исследования высокощелочных расплавов. Имеются сведения о существовании силиката ЗЫа20-25Ю2, а также высококремнеземистого силиката Ыа20-35Ю2 или ЗЫа20-85Ю2 (Ыаб5180|9) [4]. Кристаллические соединения в системе Ыа20—5Ю2 имеют следующие характеристики [3, 5]:
2Ыа20-5Ю2 (Ыа45Ю4) — ортосиликат натрия, Ыа20=67,4%, 8Ю2=32,6%; плавится инконгруэнтно при 1118°С. Высокотемпературная а-фаза предположительно моноклинной сингонии;
10
11
К 50 60 70 80 30 № К20 Носе. % №г
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 1. Диаграмма состояния системы N320—5102 (по Крачеку) Рис. 2. Неравновесная фазовая диаграмма системы ^йОв-БЮ, Рис. 3. Диаграмма состояния системы КзО-ЭЮ, (по Крачеку, Боуэну „ Морею) Рис. 4. Диаграмма состояния системы Ы20— БЮг (по Крачеку)
