1. Znaczenie krzemianów. 2. Właściwości krzemu. 3. Związki krzemu. 4. Chemia węgla a chemia krzemu. 5. Definicja krzemianów. 6. Jednostki strukturalne krzemianów. 7. Rozmaitość struktur krzemianów
IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA 1H 2He 3Li 4Be 5B 6C 7N 8O 9F 10Ne 11Na 12M g 13Al 14Si 15P 16S 17Cl 18Ar 19K 20Ca +31Ga 32Ge 33As 34Se 35Br 36Kr 37Rb 38Sr +49In 50Sn 52Sb 52Te 53 I 54Xe 55Cs 56Ba +81Tl 82Pb 83Bi 84Po 85At 86Rn 87Fr 88Ra
Si 27,72% O 46,60% pozostałe 6,04% Al 8,13% P 0,12% F 0,08% C 0,03% Ca 3,63% Na 2,83% K 2,59% Mg 2,09% H 0,14%
Plagioklazy Skalenie alkaliczne 12 % 39 % Kwarc 12 % 8 % Inne Pirokseny 11 % 5 % 5 % 5 % 3 % Inne krzemiany Ilaste Miki Amfibole
Paleolit Neolit
ceramika właściwa, (porcelana, fajans, ceramika sanitarna), ceramiczne materiały budowlane, materiały wiążące (np. cement portlandzki), szkło i emalie, ceramika techniczna, krzemianowe materiały ogniotrwałe.
krzem regularny Fd3m i heksagonalny - P 63mc
Masa atomowa 28.0855 Konfiguracja elektronowa 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 2 Promień atomowy 1.06 Å Promień jonowy (Si 4+ ) 0.26 Å (LK=4), O.41 Å (LK=6) Elektroujemność 1.9(Pauling), 1.74(Allerd),1.82(Gorlich) Gęstość 2.33 g/cm 3 Objętość molowa 12.06 cm 3 Twardość 6.5 (skala Mohsa) Energia jonizacji 1 o -786.5, 2 o -1577.1, 3 o - 3231,6, 4 o - 4355.5 kj/mol
Wiązanie Si Si Si C C - C Si H C - H Si O C - O Si N C - N Si F C - F Si = Si C = C Si = C Energia wiązania [kj/mol] 222 369 334 331 420 536 340 401 335 665 452 105-126 272 (wiązanie π ) 154-179 Długość wiązania[å] 2.14 1.87 1.53 1.48 1.09 1.63 1.41 1.74 1.47 1.6 1.39 2.16 1.70
Wiązania preferowane przez węgiel, Mostki -C-C-C- Nietrwałe długie łańcuchy C-O-C-O-C- Pierścienie węglowe, najczęściej 6- krotne Wiązania kowalencyjne (małospolaryzowane) pojedyncze typu σ Wiązania podwójne i potrójne z udziałem orbitali typu π Wiązanie C -δ - H +δ trwałe i niepodatne na hydrolizę preferowane przez krzem Mostki Si-O-Si-O-Si_ Nietrwałe długie łańcuchy Si-Si-Si- Pierścienie krzemo - tlenowe, najczęściej 6-krotne Wiązania spolaryzowane jonowo - kowalencyjne Udział pustego orbitalu 3d krzemu w wiązaniu Si-O Wiązanie Si +δ - H -δ nietrwałe i silnie podatne na hydrolizę
1. Liczne i różnorodne połączenia różniące się składem chemicznym i strukturą, oparte o proste, rozgałęzione lub pierścieniowe sekwencje C- C-C- lub Si-O-Si-O, 2. Dążenie do tetraedrycznego układu najbliższych sąsiadów węgla lub krzemu, 3. Zdolność do tworzenia układów polimerycznych, 4. Podleganie samorzutnym przemianom w zmieniających się warunkach zewnętrznych, 5. Naturalne występowanie w przyrodzie licznych związków węgla i krzemu,
Proste związki krzemu z metalami niemetalami Krzemowodory Związki krzemoorganiczne - wiązanie Si-C Wiązanie Si - O Krzemiany nieorganiczne ciała stałe Siloksany kryształy molekularne
1. Krzem ułatwia lokowanie się wapnia i innych pierwiastków w kościach 2. Dodatek krzemu redukuje ilość komórek osteoklastycznych zmniejszając w ten sposób narażenie kości na resorpcję i utratę jej masy 3. Krzem stymuluje osteoblasty 4. Krzem stymuluje syntezę kolagenu 5. Krzem ułatwia tworzenie glikozaminoglikanu i kolagenu w kościach 6. Młode organizmy zawierają więcej krzemu niż starsze. W miarę upływu lat poziom krzemu spada, a wzrasta poziom wapnia, pojawiają się wówczas procesy miażdżycowe.
Dzienne zapotrzebowanie organizmu ludzkiego na krzem, wynosi około 30 mg. Noworodki posiadają pewną ograniczoną ilość organicznego krzemu z upływem lat naszego życia ilość jego maleje w sposób nieodwracalny. Nasz organizm nie potrafi magazynować krzemu. Jego brak, obserwujemy na co dzień próbując lepiej lub gorzej powstrzymać proces starzenia się naszego ciała, a zwłaszcza tych najbardziej widocznych jego symptomów: marszczenia się naszej skóry, wiotczenia mięśni czy atrofii układu kostnego, przede wszystkim kręgosłupa i stawów biodrowych. Krzem można znaleźć w niektórych roślinach np. w skrzypie i w bambusach oraz łuskach i nasionach. Przyswajalność jego dla ludzkiego organizmu jest minimalna i absolutnie niewastarczająca aby powstrzymać proces starzenia się.
Krzem jest przyswajany na poziomie ok.80% jako kwas mono (orto) krzemowy H 4 SiO 4 lub ortodwukrzemowy H 6 Si 2 O 7. Jest wchłaniany z przewodu żołądkowo-jelitowego. W przewodzie żołądkowo-jelitowym krzem może być wchłaniany z płynów (20-30%) w postaci kwasu ortokrzemowego (H 4 SiO 4 ), bądź z pożywienia stałego (70-80%) w postaci zhydrolizowanej do kwasu ortokrzemowego (H 4 SiO 4 ). Średnia dzienna przyswajalność krzemu przez organizm wynosi mniej niż 50%. Przyswajanie krzemu zmniejsza się wraz z wiekiem.
Krzem odgrywa bardzo ważną rolę w pomnażaniu włókien kolagenu oraz elastyny, od których zależy elastyczność całego ciała a zwłaszcza naszej skóry.
1. Najczęściej występujące w skorupie ziemskiej ca. 50 mol % Si - 21.2 mol %, O 62.5 mol % 2. Energia wiązania Si-O 536 kj/mol, C-H 420 kj/mol, Si-C 369 kj/mol, C-O - 340 kj/mol, C-C - 334 kj/mol 3. Silne i stabilne mostki Si-O-Si 4. Ważna rola w wielu zastosowaniach praktycznych e.g. silikony, materiały budowlane, cement, szkła nieorganiczne etc.
R n (SiOR) 4-n alkoksysilany R (R 2 Si O) n R oligo- i polisiloksany, (R 2 SiO) n cyklosiloksany (RSiO 3/2 ) n silseskwioksany. Mono i oligokrzemiany Inokrzemiany (łańcuchowe) Fyllokrzemiany (warstwowe) Tektokrzemiany (szkieletowe)
- alkilosilany, R-Si - alkilohalogenosilany, X-Si-R - silanole R-Si-O-H - silazany R-Si-N - silanolaty R-Si-O - Me + - siloksany R-Si-O-Si-R - silseskwioksany (RSiO 3/2 ) n - silikaty (krzemiany) Si-O 4 R 4 gdzie R oznacza alkil lub aryl, X atom fluorowca
polimetylosiloksan oktametylcyklotetrasiloksan oktametylookatasileskwioksan
Krzemiany to krystaliczne lub amorficzne związki w strukturach których występują tetraedry SiO 4, tetraedry mogą poprzez wspólne naroże łączyć się tworząc złożone aniony krzemotlenowe w tych strukturach.
Monokrzemian [SiO 4 ] 4- Dikrzemian [Si 2 O 7 ] 6- Cykloheksakrzemian [Si 6 O 18 ] 12- Mono- [Si 2 O 6 ] 2- Dipolikrzemian [Si 4 O 11 ] 6- Monofyllokrzemian [Si 4 O 10 ] Tektokrzemian [SiO 2 ]
1. Polikondensacja wiązań Si-O różna liczba tetraedrów w anionie, 2. Różne konformacje anionów krzemotlenowych, 3. Różne kationy łączące aniony krzemotlenowe, 4. Roztwory stałe między krzemianami 5. Polimorfizm krzemianów