Quarz ist eines der am häufigsten vorkommenden Mineralien auf der Erde. Es hat viele Anwendungen in verschiedenen Branchen unseres Lebens, von der Industrie bis zur Elektronik. Quarz besteht aus Silizium- und Sauerstoffatomen, und ihre Verbindung hat die Formel SiO2.
Ein Siliziumatom im SiO-Quarz2 bildet vier kovalente Bindungen mit Sauerstoffatomen. Das Silizium, das sich in der äußeren Hülle befindet, hat 4 Valenzschalenelektronen, die es während der Bildung dieser Bindungen mit Sauerstoffatomen ausgetauscht hat.
Vier kovalente Bindungen, die durch ein einzelnes Siliziumatom im SiO-Quarz gebildet werden2, machen dieses Material strukturell stark und stabil. Als Ergebnis hat Quarz hohe physikalische Eigenschaften wie hohe Temperaturbeständigkeit, geringe Wärmeleitfähigkeit und chemische Trägheit.
Anzahl der kovalenten Siliziumatombindungen in SiO2-Quarz
Im SiO-Quarzmolekül2 jedes Siliziumatom bildet vier kovalente Bindungen zu Sauerstoffatomen. Dies bedeutet, dass ein einzelnes Siliziumatom im SiO-Quarz2 es gibt vier kovalente Bindungen.
Kovalente Bindungen werden durch den Austausch von Elektronen zwischen Silizium- und Sauerstoffatomen gebildet, was zu einer Struktur mit Silizium- und Sauerstoffatomen führt, die miteinander verbunden sind und ein dreidimensionales Netz bilden.
Die Anzahl der kovalenten Bindungen, die durch ein Siliziumatom im SiO-Quarz gebildet werden2. ist der Schlüsselfaktor, der seine Struktur und Eigenschaften bestimmt. Aufgrund dieser Bindungen hat Quarz eine hohe Härte und Stabilität und ist auch ein Isolator für Elektrizität und Wärme.
Daher ist ein einzelnes Siliziumatom im SiO-Quarz2 bildet vier kovalente Bindungen.
Zusammensetzung der Elektronenschale eines Siliziumatoms
Das Siliziumatom hat eine elektronische Konfiguration [Ne] 3s 2 3p 2 . Dies bedeutet, dass die Gesamtzahl der Elektronen in der Siliziumhülle 14 beträgt.
Die innere Hülle eines Siliziumatoms besteht aus 10 Elektronen, die sich in den Umlaufbahnen 1s, 2s und 2p befinden. Die Elektronen der äußeren Hülle eines Siliziumatoms können kovalente Bindungen zu anderen Atomen bilden, was Silizium zu einem so wichtigen Element in chemischen Verbindungen macht.
Im Fall von Quarz (SiO2), jedes Siliziumatom bildet 4 kovalente Bindungen mit Sauerstoffatomen und bildet einen Rahmen in Form eines dreidimensionalen Netzes. Das Ergebnis ist eine Struktur, die eine hohe Härte und thermische Stabilität aufweist.
| Mantel | Elektronische Formel | Anzahl der Elektronen |
|---|---|---|
| 1s | 2 | |
| 2s | 2 | |
| 2p | 6 | |
| 3s | 2 | |
| 3p | 2 | |
| Insgesamt | 14 |
Zusammensetzung der elektronischen Hülle eines Sauerstoffatoms
Das Sauerstoffatom hat 8 Elektronen in seiner Elektronenschale. Diese Elektronen sind wie folgt verteilt:
- 2 elektronen im ersten Energieniveau (K-Schale).
- 6 elektronen im zweiten Energieniveau (L-Hülle).
Die Regel, die elektronischen Schalen mit dem ersten Elektron zu füllen, stellt sicher, dass die minimale Energie erreicht ist. Dabei kann das erste Energieniveau (K-Schale) aufnehmen maximal 2 Elektronen und das zweite Energieniveau (L ist die Hülle) – maximal 8 Elektronen.
Somit füllt das Sauerstoffatom mit 8 Elektronen seine elektronische Hülle vollständig aus.
Der Mechanismus der Bildung kovalenter Bindungen in SiO2-Quarz
Die kovalenten Bindungen, die von den Siliziumatomen im Quarz gebildet werden, sind die Grundlage seiner Struktur. Jedes Siliziumatom bildet vier kovalente Bindungen zu den Sauerstoffatomen um ihn herum. Jedes Sauerstoffatom bildet auch zwei kovalente Bindungen zu Siliziumatomen.
Somit bildet jedes Siliziumatom im SiO2-Quarz vier kovalente Bindungen. Dies verursacht die Festigkeit und Stabilität des Quarzes, seine geringe Löslichkeit und seine hohe Temperaturstabilität.
Der Mechanismus zur Bildung kovalenter Bindungen im Quarz basiert auf der Tatsache, dass Silizium- und Sauerstoffatome freie Elektronenpaare haben. Wenn eine Bindung gebildet wird, interagieren diese freien elektronischen Paare miteinander und bilden elektronische Wolken oder «Dichtewolken», die Atome im Quarzkristallgitter binden.
Somit bildet Quarz (SiO2) eine kristalline Struktur, in der die Silizium- und Sauerstoffatome durch kovalente Bindungen verbunden sind, um seine Stabilität und chemische Trägheit zu gewährleisten.
SiO-Quarz-Struktur2 und die Anordnung der Atome
Jedes Siliziumatom im Quarz bildet vier kovalente Bindungen. Es verbindet sich mit vier Sauerstoffatomen und bildet Silizium-Sauerstoff-Polymerketten.
Silizium-Sauerstoffketten sind durch Sauerstoffatome miteinander verbunden, die auch kovalente Bindungen zu Siliziumatomen bilden. Als Ergebnis werden Schichten von Silizium-Sauerstoff-Polymeren gebildet, die parallel zueinander angeordnet sind.
Die Schichten aus Silizium- und Sauerstoffpolymeren im Quarz können je nach Art des Quarzes auf vielfältige Weise miteinander verbunden werden. Zum Beispiel in α-SiO-Quarzkristallen2 die Polymerschichten bilden ein tetraedrisches Gitter mit Siliziumdreiecken an den Spitzen. In β-SiO Quarzkristallen2 die Polymerschichten bilden ein sechseckiges Gitter.
SiO-Quarz-Struktur2 und seine einzigartige Anordnung von Atomen macht es zu einem der haltbarsten und widerstandsfähigsten Kristalle der Natur. Es hat eine Vielzahl von Anwendungen, von der Schmuckherstellung bis zur Verwendung in Elektronik und Optik.
