KYP0040 MATERJALITEADUSE ÜLDALUSED - tud.ttu.ee

Ühe tetraeedriga on näiteks mineraal fosteriit (Mg 2 SiO 4 ), kahe tetraeedriga mineraal akermaniit
(Ca 2 MgSi 2 O 7 ).
Tetraeedritest võivad moodustuda ka kihid. Nende kihtide struktuur on analoogiline kristalse kvartsi
struktuuriga (joon 2-20), ainult iga Si-ga on ühendatud neljas O risti tasapinnaga. Sellises kihilises
struktuuris korduvad lülid (Si 2 O 5 ) 2- .
Savi ühes põhikomponendis – kaoliinis – on need (Si 2 O 5 ) 2- kihid seotud Al 2 (OH) 4 2+ kihtidega (joon
8-23). Need kaks kihti on seotud omavahel tugevate iooniliste – kovalentsete sidemetega ja
moodustavad kaksikkihi. Need kaksikkihid on seotud teiste kaksikkihtidega aga nõrkade van der
Waalsi sidemetega. Seega koosneb kaoliin Al 2 (Si 2 O 5 )(OH) 4 omavahel nõrgalt seotud kaksikkihtidest.
Sellistest paralleelsetest kaksikkihtidest koosnevadki õhukesed savi „libled“, läbimõõduga kuni 1
μm. Kihilise ehitusega on ka paljud teised silikaatsed mineraalid, millistest peale kaoliini on
tuntumad talk Mg 3 (Si 2 O 5 )(OH) 2 ja muskoviit (vilgu komponent) KAl 3 Si 3 O 10 (OH) 2 .
8.2.3 Süsiniku modifikatsioonid
Süsinik esineb mitme polümorfse modifikatsioonina ja ka amorfsena.
Teemant on toatemperatuuril ja atmosfäärirõhul metastabiilne modifikatsioon. Ta tekib ülikõrgel
rõhul. Tema struktuur on sfaleriidi struktuuriga sarnane, ainult kõik osakesed on samad (C) (joon 8-
11). Teemandi struktuuri saame, kui TTK võre sisse asetada teine samasugune võre, mis on esimese
suhtes nihutatud ¼ kuubi diagonaali võrra. Koordinatsiooni arv on seal 4. See tuleneb sideme tüübist
– sidemed on puhtalt kovalentsed (suunatud) ja tingitud sp 3 hübriidsete orbitaalide poolt. Iga
süsiniku aatomi naabrid moodustavad jällegi tetraeedri. Võre on võrdlemisi hõre.
Samasuguse struktuuriga on ka pooljuhid Si ja Ge ning üks Sn modifikatsioon (hall tina).
Teemandi füüsikalised omadused on äärmiselt atraktiivsed. Ta on kõige kõvem kõigist tuntud
materjalidest. Elektrijuhtivus on äärmiselt väike, kuid soojusjuhtivus on ebanormaalselt suur
mittemetallilise aine jaoks. Ta on optiliselt läbipaistev nähtavas ja infrapunases spektriosas. Tal on
suur murdumisnäitaja. Tööstuses kasutatakse teemanti lõikeriistades. Teemanti saadakse ka
sünteetiliselt, peamiselt polükristalse kilena, gaasifaasis toimuva reaktsiooni abil. Kilet kasutatakse
igasuguste pindade kõvendamiseks (lõike, puurimise, lihvimise jm tööriistad).
Teine modifikatsioon on grafiit, mis on tavatingimustes stabiilne. Grafiit on kihilise ehitusega.
Kihtides on iga C aatom seotud kolme teise C aatomiga tugeva kovalentse sidemega. Neljas süsiniku
valentselektron võtab aga osa kihtidevahelisest van der Waalsi sidemest (nõrk side). Sellised kihid
libisevad väga kergelt üksteise suhtes ja grafiiti saab kasutada määrdeainena (grafiitmääre). Grafiidi
kristallid on väga anisotroopsete omadustega. Näiteks elektrijuhtivus piki kihte on suur nagu
metallidel, risti kihte aga sadu kordi väiksem (nagu pooljuhtidel). Polükristalse grafiidi juhtivus on
vahepealne.
Grafiiti kasutatakse väga laialdaselt tänu tema keemilisele passiivsusele kõrgete temperatuurideni
mitteoksüdeerivas (hapnikuvabas) keskkonnas. Kasutusalad: kütteelemendid, elektroodid,
valuvormid, keemilised reaktorid, tiiglid ja konteinerid, takistid, galvaanielemendid, õhupuhastites
jne.
Kolmas modifikatsioon on 1985.a avastatud nn fullereenid. Need on sfäärilised moodustised 60-st C
aatomist, mida võib nimetada ka molekuliks (joon 8-12). Materjal kristalliseerub nii, et need
fullereenid moodustavad PTK võre. Materjal on dielektrik, kuid sobivate lisandite sisseviimisel võib
saada pooljuhi või elektri juhi.
38