Модифікаційні перетворення кремнезему

Сполукою, побудованою тільки з тетраедрів [SiO₄], є кремнезем SiO _2. .Він має ряд модифікацій (кварц, тридиміт, кристобаліт),поліморфні перетворення яких впливають на хід технологічного процесу виробництва силікатних виробів та їх властивості (рис. 6.5).

–кварц –тридиміт -кристобаліт розплав

-кварц -тридиміт -кристобаліт

-тридиміт

Рис 6.4. Поліморфні перетворення кремнезему

Ці модифікації розрізняються способом сполучення тетраедрів (рис.6.6):

– в кристобаліті ( ) тетраедри сполучаються "інверсійно", через

центр інверсії;

– в тридиміті ( ) – "дзеркально", тобто через площину симетрії;

– в кварці ( ) – "по спіралі", завиваючись навколо осі 3-го порядку.

Рис. 6.5. Способи сполучення тетраедрів у різних модифікаціях кремнезему

Структура -кварцу (тригональна сингонія) утворена безкінцевими спіралями з незамкнених шестерних кілець тетраедрів [SiO₄], що лежать в трьох шарах на різних висотах. Кут нахилу між двома сусідніми тетраедрами складає 150°. В залежності від напрямку закручування спіралі розрізняють дві форми кварцу – ліву та праву. Структура -кварцу (гексагональна сингонія) представляє собою дещо скривлену структуру -кварцу.

-тридиміт (гексагональна сингонія) має структуру у вигляді просторового каркасу з необмеженого числа плоских гексагональних сіток з тетраедрів [SiO₄] з кутом зв'язку Si-O-Si 180°. Оскільки кожні дві сітки повторюються, то виникає двохшарова структура. Характер зв'язку в т -тридиміті обумовлює крупну елементарну комірку з менш щільною в порівнянні з кварцем упаковкою (що обумовлює і меншу щільність тридиміту). Структури -та -тридиміту представляють собою дещо скривлену структуру -тридиміту. Гексагональна комірка останнього вміщує 4 молекули SiO₂.

Структура -кристобаліту (кубічна сингонія) побудована з гексагональних плоских сіток тетраедрів [SiO₄], кут зв'язку Si-O-Si 180°, -кристобаліт має кубічну елементарну комірку, яка вміщує 8 молекул SiO₂. Подібну, але дещо скривлену структуру має -кристобаліт.

При перетворенні -кварцу в -кристобаліт через -тридиміт має місце глибока структурна перебудова, яка супроводжується значним збільшенням параметрів елементарної комірки; при цьому об'єм матеріалу збільшується на 15% і відповідно проходить зменшення щільності (d_{β-кварцю} = 2,65 г/см³, d_{α-кварцю} = 2,52 г/см ³ , d_{α-тридиміту} =2,23г/см³, d_{α-кристобаліту} =2,22г/см³).