سيليكات

📅 آخر تحديث: ٢٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة
بنية أنيون الأورثوسيليكات SiO 4− 4

السيليكات هي أي عضو من عائلة الأنيونات متعددة الذرات التي تتكون من السيليكون والأكسجين ، وعادة ما تكون صيغتها العامة [SiO ( 4−2 x )− 4− x ]حيث 0 ≤x< 2.تشملهذهالعائلةأورثوسيليكاتSiO₄⁻⁴(x= 0)،وميتاسيليكاتSiO₂⁻³(x=1)،وبيروسيليكاتSi₂O₆⁻⁷(x=0.5،n=2). يُستخدم هذا الاسم أيضًا لأيملحمن هذه الأنيونات، مثلميتاسيليكات الصوديوم؛أو أيإسترالمجموعة الكيميائيةالمقابلة، مثلأورثوسيليكات رباعي الميثيل. [ 1 ] يُعمم اسم "سيليكات" أحيانًا ليشمل أي أنيونات تحتوي على السيليكون، حتى لو لم تتوافق مع الصيغة العامة أو احتوت علىذرات أخرى غير الأكسجين؛ مثلسداسيفلوروسيليكات[SiF₆]²⁻. غالبًا ما تُوجد السيليكات على شكلمعادن سيليكاتية.

تُعد السيليكات مواد متعددة الاستخدامات لتلبية الاحتياجات التصنيعية والتكنولوجية والفنية المتنوعة، سواء كانت طبيعية (مثل الجرانيت والحصى والعقيق ) أو صناعية (مثل أسمنت بورتلاند والسيراميك والزجاج والزجاج المائي ).

المبادئ الهيكلية

في معظم السيليكات، تشغل ذرة السيليكون مركز هرم رباعي الأوجه مثالي، وتتكون زواياه من أربع ذرات أكسجين مرتبطة به بروابط تساهمية أحادية وفقًا لقاعدة الثمانية . [ 1 ] ترتبط ذرات الأكسجين، التي تحمل شحنة سالبة، بأيونات موجبة أخرى (Mn + ). هذه الرابطة Si-OMO-Si قوية وصلبة، وتتجلى خصائصها في السيليكات الشبيهة بالصخور. [ 2 ] : 435 يمكن تصنيف السيليكات وفقًا لطول سلاسل الأنيونات السيليكاتية ودرجة ترابطها.

سيليكات معزولة

تحتوي أنيونات الأورثوسيليكات المعزولة على الصيغة SiO 4− 4. ومن المعادن الشائعة في هذه المجموعة الأوليفين ( (Mg,Fe) 2 SiO 4 ).

يمكن لذرتين أو أكثر من السيليكون أن تتشارك ذرات الأكسجين بطرق مختلفة، لتكوين أنيونات أكثر تعقيدًا، مثل بيروسيليكات السيليكون2 O 6− 7 .

السلاسل

تصوير لسلسلة ميتا سيليكات، مع التركيز على الوحدات الفرعية السيليكاتية رباعية الأوجه.
تصوير بديل لسلسلة ميتا سيليكات مع التركيز على روابط Si-O.

بوجود أكسيدين مشتركين مرتبطين بكل ذرة سيليكون، يمكن أن تنتج هياكل حلقية أو بوليمرية. حلقة ميتا سيليكات حلقية Si6 O 12− 18 هوسداسيمن SiO32-. يمكن أن توجد أنيونات السيليكاتالبوليمرية

في السيليكات أحادية السلسلة، وهي نوع من الإينوسيليكات ، ترتبط رباعيات الأوجه لتشكيل سلسلة من خلال مشاركة ذرتي أكسجين لكل منها. ومن المعادن الشائعة في هذه المجموعة البيروكسين .

رباعيات الأوجه ذات السلسلة المزدوجة.
رباعيات الأوجه ذات السلسلة المزدوجة.

تتكون السيليكات ذات السلسلة المزدوجة، وهي الفئة الأخرى من الإينوسيليكات، عندما تشكل رباعيات الأوجه سلسلة مزدوجة (ليس دائمًا ولكن في الغالب) من خلال مشاركة ذرتين أو ثلاث ذرات أكسجين لكل منها. ومن المعادن الشائعة في هذه المجموعة الأمفيبولات .

ملاءات

سيليكات صفائحية.
سيليكات صفائحية.

في هذه المجموعة، المعروفة باسم السيليكات الصفائحية ، تشترك جميع رباعيات الأوجه في ثلاث ذرات أكسجين، وترتبط بدورها لتشكل صفائح ثنائية الأبعاد. يؤدي هذا التركيب إلى امتلاك المعادن في هذه المجموعة مستوى انفصام قوي واحد. تندرج الميكا ضمن هذه المجموعة. يتميز كل من المسكوفيت والبيوتيت بطبقات ضعيفة للغاية يمكن تقشيرها على شكل صفائح .

نطاق

في السيليكات الهيكلية، المعروفة باسم التكتوسيليكات ، تشترك كل رباعية الأوجه في جميع ذرات الأكسجين الأربع مع جيرانها، مما يشكل بنية ثلاثية الأبعاد. وينتمي الكوارتز والفلسبار إلى هذه المجموعة .

سيليكات ذات سيليكون غير رباعي الأوجه

على الرغم من أن الشكل الرباعي الأوجه هو شكل هندسي شائع لتناسق مركبات السيليكون (IV)، إلا أن السيليكون قد يوجد أيضًا بأعداد تناسق أعلى. على سبيل المثال، في أنيون سداسي فلوروسيليكات SiF₂⁻⁶ ، تُحاط ذرة السيليكون بست ذرات فلور في ترتيب ثماني الأوجه . ويُلاحظ هذا التركيب أيضًا في أنيون سداسي هيدروكسي سيليكات Si(OH) ₂⁻⁶ الموجود في الثوماسيت ، وهو معدن نادر الوجود في الطبيعة، ولكنه يُرصد أحيانًا بين هيدرات سيليكات الكالسيوم الأخرى المتكونة صناعيًا في هياكل الأسمنت والخرسانة المعرضة لهجوم كبريتي شديد في التربة الطينية التي تحتوي على البيريت المؤكسد . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

عند الضغط العالي جداً، كما هو الحال في معظم صخور الأرض، حتى ثاني أكسيد السيليكون (SiO2 ) يتخذ الشكل الهندسي ثماني السطوح سداسي التنسيق في معدن الستيشوفيت ، وهو شكل متعدد كثيف من السيليكا يوجد في الوشاح السفلي للأرض ويتشكل أيضاً بفعل الصدمات أثناء اصطدامات النيازك . [ 8 ]

الخواص الكيميائية

تتميز السيليكات التي تحتوي على كاتيونات قلوية وأنيونات صغيرة أو شبيهة بالسلاسل، مثل أورثو- وميتا - سيليكات الصوديوم ، بذوبانها الجيد في الماء. وتُشكّل هذه السيليكات عدة هيدرات صلبة عند تبلورها من المحلول. وتُعدّ سيليكات الصوديوم الذائبة ومخاليطها، المعروفة باسم زجاج الماء، من المواد الكيميائية الصناعية والمنزلية الهامة. أما سيليكات الكاتيونات غير القلوية، أو تلك التي تحتوي على أنيونات بوليمرية صفائحية وثلاثية الأبعاد، فتتميز عمومًا بذوبانها الضئيل في الماء في الظروف العادية.

ردود الفعل

تتميز السيليكات عموماً بخمولها الكيميائي، ولذلك فهي معادن شائعة. كما أن مرونتها تجعلها مناسبة للاستخدام كمواد بناء.

عند معالجتها بأكاسيد الكالسيوم والماء، تشكل معادن السيليكات أسمنت بورتلاند .

تُعدّ دراسة التوازنات التي تتضمن تحلل المعادن السيليكاتية صعبة. ويكمن التحدي الرئيسي في انخفاض ذوبانية SiO₄⁻ وأشكاله البروتونية المختلفة. وترتبط هذه التوازنات بالعمليات التي تحدث على نطاق زمني جيولوجي. [ 9 ] [ 10 ] وتفرز بعض النباتات روابط تعمل على إذابة السيليكات، وهي خطوة في التمعدن الحيوي .

تستطيع الكاتيكولات تفكيك بلمرة ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂ )، وهو أحد مكونات السيليكات ذات البنى الأيونية مثل أورثوسيليكات (SiO₄⁻ ) ، وميتاسيليكات (SiO₂³⁻ ) ، وبيروسيليكات (Si₂O₆⁷⁻ ) ، وذلك بتكوين أنيونات ثنائية وثلاثية (كاتيكولات) سيليكات من خلال التناسق. [ 11 ] ويمكن طلاء هذه المركبات على ركائز مختلفة لتطبيقات متنوعة ، مثل أنظمة توصيل الأدوية، والتطبيقات المضادة للبكتيريا، والتطبيقات المضادة للتلوث.

كشف

تتفاعل أنيونات السيليكات في المحلول مع أنيونات الموليبدات مُنتجةً مُركبات سيليكوموليبدات صفراء اللون . في تحضير نموذجي، وُجد أن أورثوسيليكات أحادي الجزيء يتفاعل تمامًا في غضون 75 ثانية؛ وبيروسيليكات ثنائي الجزيء في غضون 10 دقائق؛ أما الأولغومرات الأعلى فتستغرق وقتًا أطول بكثير. وبشكل خاص، لا يُلاحظ هذا التفاعل مع مُعلقات السيليكا الغروية . [ 10 ]

تكوين الزيوليت وبلمرة الجيوبوليمرات

تُعدّ طبيعة السيليكات الذائبة ذات أهمية بالغة لفهم التمعدن الحيوي وتخليق الألومينوسيليكات ، مثل المحفزات الصناعية الهامة المعروفة باسم الزيوليت . [ 9 ] إلى جانب أنيونات الألومينات ، تلعب أنيونات السيليكات الذائبة دورًا رئيسيًا في آلية بلمرة الجيوبوليمرات . الجيوبوليمرات هي ألومينوسيليكات غير متبلورة ، ويتطلب إنتاجها طاقة أقل من تلك اللازمة لإنتاج أسمنت بورتلاند العادي . لذا، يُمكن أن تُساهم أسمنتات الجيوبوليمر في الحدّ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض ، وبالتالي الحدّ من ظاهرة الاحتباس الحراري الناجمة عن هذا الغاز .

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 غرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر (  الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.
  2. ↑ الطبعة الثالثة والعشرون من دليل علم المعادن. كتاب . هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي. 2008. ISBN 978-0-471-72157-4.
  3. ↑ كراموند، نيوجيرسي؛ هاليول، ماساتشوستس (1995). شكل الثوماسيت من هجوم الكبريتات في الخرسانة التي تحتوي على مصدر لأيونات الكربونات - نظرة عامة على البنية المجهرية . المعهد الأمريكي للخرسانة. doi : 10.14359/963 . ISBN 978-0-87031-652-4.
  4. ↑ كراموند، نورا (1 يونيو 2002). "وجود الثوماسيت في البناء الحديث - مراجعة" . مركبات الأسمنت والخرسانة . 24 (3): 393-402 . doi : 10.1016/S0958-9465(01)00092-0 . ISSN 0958-9465 . 
  5. ↑ كراموند، ن. ج. (1 ديسمبر 2003). "شكل الثوماسيت من هجوم الكبريتات في المملكة المتحدة" . مركبات الأسمنت والخرسانة . الثوماسيت في المواد الأسمنتية. 25 (8): 809-818 . doi : 10.1016/S0958-9465(03)00106-9 . ISSN 0958-9465 . 
  6. ↑ لونغورث، ت. آي. (1 ديسمبر 2003). "مساهمة أنشطة البناء في ظروف التربة العدوانية المسببة لهجوم الكبريتات على الخرسانة في التربة البيريتية على شكل الثوماسيت" . مركبات الأسمنت والخرسانة . الثوماسيت في المواد الأسمنتية. 25 (8): 1005-1013 . doi : 10.1016/S0958-9465(03)00124-0 . ISSN 0958-9465 . 
  7. ↑ سيمز، إيان؛ هانتلي (ني هارتشورن)، سارة أ. (1 أكتوبر 2004). "شكل الثوماسيت من هجوم الكبريتات - كسر القواعد" . مركبات الأسمنت والخرسانة . 26 (7): 837-844 . doi : 10.1016/j.cemconcomp.2004.01.002 . ISSN 0958-9465 . 
  8. ↑ سينكلير، دبليو؛ رينغوود، إيه إي (1978). "تحليل بلوري أحادي لبنية الستيشوفيت" . مجلة نيتشر . 272 ​​(5655): 714-715 . Bibcode : 1978Natur.272..714S . doi : 10.1038/272714a0 . ISSN 1476-4687 . 
  9. 1 2 نايت، كريستوفر تي جي؛ باليك، ريموند جيه؛ كينراد، ستيفن دي (2007). "بنية أنيونات السيليكات في المحاليل القلوية المائية". Angewandte Chemie International Edition . 46 (43): 8148–8152 . Bibcode : 2007ACIE...46.8148K . doi : 10.1002/anie.200702986 . PMID 17886822 . 
  10. 1 2 جي. بي. ألكسندر (1953): "تفاعل أحماض السيليسيك ذات الوزن الجزيئي المنخفض مع حمض الموليبديك". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، المجلد 75، العدد 22، الصفحات 5655-5657. doi : 10.1021/ja01118a054
  11. ↑ مظاهري، أميد (14 نوفمبر 2024). "تجميع طبقات شبكية من السيليكات والفينول ذات خصائص قابلة للتعديل لإطلاق متحكم به للجزيئات الصغيرة" . المواد المتقدمة . 36 (52) 2413349. Bibcode : 2024AdM....3613349M . doi : 10.1002/adma.202413349 . PMID 39535829 .