Силика́ты, соли кремниевых кислот. В основе строения силикатов лежат тетраэдры [SiO₄]^4–, способные связываться (полимеризоваться) своими вершинами с образованием островных, кольцевых, цепочечных, слоистых и каркасных структур. Роль катионов играют преимущественно элементы 2-го, 3-го и 4-го периодов периодической системы.

Атомы кремния Si в кремнекислородных анионах могут быть изоморфно замещены атомами алюминия Аl, В, Be и др., в соответствии с чем различают алюмо-, боро-, бериллосиликаты и др.

Свойства

Природные силикаты и их синтетические аналоги характеризуются, как правило, относительно высокой тугоплавкостью (1000–1300 °С, иногда до 2000 °С и выше), имеют высокие значения твёрдости (6–8 по шкале Мооса), достаточно устойчивы к выветриванию в атмосферных условиях, практически не растворяются в воде (за исключением высокощелочных силикатов), инертны в растворах минеральных кислот и оснований (за исключением фтористоводородной кислоты).

Силикаты и их важнейшие производные (алюмосиликаты) можно рассматривать как соли соответствующих кремниевых и алюмокремниевых кислот, которые в порядке повышения их кислотности могут быть расположены в ряд:

$H_4SiO_3 < H_2SiO_3 < H_6Si_4O_{10} < H_2Si_2O_5 \ll HAlSiO_4 < HAlSi_2O_5 < HAlSi_3O_8.$Поскольку кремниевые кислоты чрезвычайно слабые, они очень легко вытесняются из растворов своих солей: из «жидкого» стекла (Na, K)SiO₃ другими кислотами, в том числе угольной.

Широкое изоморфное замещение в природных и технических силикатах кремния алюминием (и в значительно меньшей степени бором) определяет выраженные кислотные свойства тетраэдрического Аl в алюмокремнекислородных анионных группировках всех структурных типов алюмосиликатов, в особенности каркасного строения.

Алюминий в октаэдрической координации проявляет уже основные свойства, и такие соединения называются, в отличие от алюмосиликатов, силикатами Аl. Типичные представители данного класса веществ силлиманит Al₂O₃ · SiO₂≡Al^[6]Al^[4]SiO₅ (ленточный алюмосиликат алюминия, в скобках указаны координационные числа Аl) и 2 его разновидности – андалузит и кианит – в обычных условиях не связаны между собой полиморфизмом. Катионогенные функции октаэдрического Аl проявляются и в более сложных по составу и строению cиликатах алюминия – в гранатах, бериллах, кордиеритах, минералах галените, топазе и др.

Кристалл кианита на парагоните (кантон Тичино/Тессин, Швейцария).Кристалл кианита на парагоните (кантон Тичино/Тессин, Швейцария).

Октаэдрическая координация Si в силикатах – нетипичный случай. Так, при высоких и сверхвысоких давлениях получены сложные по составу и строению силикаты одновременно с тетраэдрической и октаэдрической координациями Si: щелочные тетрасиликаты MSi^[6]Si^[4]₃O₉, где М = К, Rb, с вадеитовой структурой и бенитоитоподобный тетрасиликат бария BaSi^[6]Si^[4]₃O₉.

Применение и технология

Силикатные материалы – цементы, керамика, стекло, глазури, эмали, ситаллы, изделия каменного литья, строительные (бетоны) и конструкционные материалы имеют исключительное значение по масштабам использования в технике и народном хозяйстве. Силикаты щелочных металлов используют в производстве силикатного клея, красок, замазок, в мыловарении.

Фрагменты керамики периода Старого царства. Буто (Египет). Германский археологический институт.Фрагменты керамики периода Старого царства. Буто (Египет). Германский археологический институт.

В крупнотоннажном производстве (цемент, строительная керамика, стекло, огнеупоры) чаще всего применяют керамический, или обжиговый, способ синтеза – спекание природного минерального сырья (кварцевого песка, глины, сланцев, талька и пр.) с карбонатами и, значительно реже, с сульфатами. Большой объём производства приходится на использование металлургических шлаков (получение цементов и изделий каменного литья, шлакоситаллов).

При получении силикатных материалов специального назначения, например энстатитовой электро- и цельзиановой радиокерамики, люминофоров и пр., в качестве исходных компонентов чаще применяют оксиды или же высокосортное минеральное сырьё. Реже в технологии силикатных материалов используют метод соосаждения из растворов. Кристаллизацией из расплавов получают фторслюды, фторамфиболы и монокристаллы, многие технические силикаты, в том числе и ювелирного назначения.

Кирпич силикатный.Кирпич силикатный.Гидротермальный способ в промышленных масштабах используют в технологии производства кальций-силикатного белого кирпича автоклавного твердения (силикальцита), для выращивания крупных монокристаллов кварца, гидроксиламфиболов, цеолитов, ювелирных камней (изумруда и др.).

Многие природные и искусственные высокодисперсные силикаты (бентонитовые глины, амфиболы, цеолиты) используют как адсорбенты и материалы с ионообменными свойствами. Среди материалов радиоэлектроники наибольшее применение находят монокристаллы ортосиликата эвлитина Bi₄(SiO₄)₃, в особенности силикосилленита Bi₁₂SiO₂₀, и их германатные аналоги, обладающие пьезоэлектрическими и электрооптическими свойствами.