Silicie y silicatos

BLOQUE V.- MATERIALES CERÁMICOS

Tema 15.- Sílice y Silicatos

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Sílice
⇒ Materiales compuestos principalmente por Si y Oxígeno (SiO2) ⇒ Unidad básica: Tetraedros SiO44- (atm de Si unidos a 4 atms de oxígenos situados en los vértices de un tetraedro) ⇒ Significativo carácter covalente

Tema 15.-Silice y Silicatos

Esquema comparativo de la estructura a escala atómica de a) Uncerámico cristalino b) Un vidrio (cerámico no cristalino) donde no hay orden a largo alcance

2

Estructuras sílice-cristalina

Tema 15.-Silice y Silicatos

⇒ ∃ diferentes estructuras polimorfas ⇒ ≠ combinaciones de la unidad estructural SiO44• Sílice (SiO2): unidades de discretas SiO44- (átomos de oxígeno de cada tetraedro son compartidos por tetraedros adyacentes) ⇒ 3 estructuras cristalinas:cuarzo, cristobalita y tridimita.

cuarzo

cristobalita

tridimita

• Vidrios de sílice fundida o sílice vítrea: la estructura básica: SiO44- pero amorfa. Los vidrios comerciales son vidrios de sílice + Na2O + CaO. Los cationes (Na+ y Ca2+ )encajan en la distribución atómica favoreciendo la formación de fases vítreas en vez de cristalinas. • Silicatos: unidades básicas complejascompartiéndose 1, 2 o 3 átomos de oxígeno. ∃n silicatos con estructura laminar, en cadena o tridimensionales.

3

Tectosilicatos
Stishovite Keatita
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Tema 15.-Silice y Silicatos

870 ºC

1470 ºC

1710 ºC

Cuarzo ↔ tridimita ↔ cristobalita ↔ fundido
Pressure (GPa)
8

6

Coesite Coesita

• Alta dureza (cuarzo 3ro) • Incoloras, transparentes a rad. Vis. y UV • frágiles

4

2

β-quartz α- quartz
Cristobalite Tridymite
600 1000 1400 1800 2200 2600

Liquid

Temperature oC

4

Stishovite

Tectosilicatos
Coesite

Tema 15.-Silice y Silicatos

α- Cuarzo
β- quartz α- quartz
Cristobalite Tridymite

Liquid

001 Projection
5

Stishovite

Tectosilicatos
Coesite

Tema 15.-Silice y Silicatos

β-cuarzo 573 oC
β- quartz α- quartz
CristobaliteTridymite

Liquid

001 Projection Crystal Class 622
6

Stishovite

Tectosilicatos
Coesite

Tema 15.-Silice y Silicatos

Cristobalita
β- quartz α- quartz
Cristobalite Tridymite

Liquid

001 Projection Cubic Structure
7

BLOQUE V.- MATERIALES CERÁMICOS Silicatos

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Características generales

Tema 15.-Silice y Silicatos

Estructuras tridimensionales: XRD Эn sólo EstadoSólido Aplicación “industriales” debido a: • Bajo precio • Gran disponibilidad • Propiedades especiales

Construcción, Refractarios (↑↑Pto. Fusión), Catálisis

9

Silicatos

Tema 15.-Silice y Silicatos

Óxidos mixtos de Si y otros Me donde la unidad básica son “tetraedros de SiO44-” que pueden estar aislados o unidos por vértices formando unidades discretas superiores, cadenas, láminas oagrupaciones tridimensionales Estructuras derivadas de empaquetamiento compacta de aniones O2cationes (Si4+, Me, etc) distribuidos en ho y ht

R (O2-) >>> R(cationes) Si-O: enlace 50% iónico-50% covalente Me-O: enlace predominantemente “iónico”

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Aspectos generales (I)

Tema 15.-Silice y Silicatos

1. Los cationes ocupan, los intersticios que corresponden a su radio R (O2-) = 1.40 Å ⇒R(ho) =0.78 Å y R(ht) =0.55 Å 2. Cada átm de oxig. es vértice común a diferentes poliedros de coordinación. La carga negativa de cada oxíg. está compensada por la carga de los cationes que ocupan poliedros que tienen dicho oxíg como vértice común (Z+/n)
Ion Radio, Å Coordinación, n Z+/n

Z+/n: Fuerza de enlace M-O
La suma de los valores de todos los cationes que comparten un oxíg.⇒

Be2+Si4+ Al3+ Mg2+ Ti4+

0.31 0.41 0.50 0.65 0.68

4 4 4 6 6 6

½ 1 3/4 1/2 1/3 2/3

∑ Z+i/ni =2

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Aspectos generales (II)

Tema 15.-Silice y Silicatos

3. Los cationes ocupan las posiciones más alejadas entre si: ⇒ Eg. Repulsiva mínima

↑↑nº de oxíg. compartidos⇒ disminución d (Me-Me) ⇒ ↑↑↑ Eg. repulsiva ↑↑ Z+ de Me ⇒ ↓↓ coordinación efecto-octaedros >> Enl (Si-O)
Las...