Т а б л и ц а 3. Свойства некоторых карбонильных комплексов 4 страница

Чистый кремний - кристаллическое сине-серое вещество с металлическим блеском, встречается в структурной форме, которая подобна алмазу (температура плавления 1415^оС). В узлах кристаллической решетки находятся атомы Si в sp³ гибридном состоянии с координационным числом 4, наиболее характерным для кремния. В таком состоянии он валентно-насыщен, поэтому относительно инертен. При комнатной температуре кристаллический кремний обладает малой реакционной способностью и реагирует только со фтором:

Si + 2F₂ Þ SiF₄.

Взаимодействие с другими элементами, в том числе с кислородом и галогенами, протекает только при нагревании до 500-600^оС:

Si + 2Cl₂ Þ SiCl₄

Образование диоксида SiO₂ является экзотермической реакцией и сопровождается выделением значительного количества теплоты:

Si + O₂ Þ SiO₂ (кр.); DH⁰ = -911 кДж/моль

Кремний при высоких температурах обладает большим сродством к кислороду и проявляет сильные восстановительные свойства (по отношению к кислородсодержащим соединениям). Например:

2H₂O (г) + Si (кр) Þ SiO₂ (кр) +2H₂ (г).

При спекании смеси кремния с более электроположительными элементами, главным образом металлами, он выступает в роли окислителя и образует силициды:

2Mg + Si Þ Mg₂Si.

Силицидыщелочных и щелочноземельных, а также металлов подгруппы Cu и Zn разлагаются водой с образованием силана, в котором, как и в силицидах, формальная степень окисления кремния равна -4:

Mg₂Si + 4H₂O Þ 2Mg(OH)₂ + SiH₄­

Силициды с большим содержанием кремния кислотоупорны, не растворяются в щелочах. Ca₂Si, CaSi и CaSi₂ – являются полупроводниками. Многие силициды d- и f-элементов обладают металлической проводимостью.

Силициды применяют для получения жаростойких и кислотоупорных сплавов и в качестве высокотемпературных полупроводниковых материалов. Из дисилицида молибдена MoSi₂, выдерживающего нагрев до 1600 – 1700°С в агрессивной атмосфере, изготавливают нагреватели электропечей.

Карбид кремния, карборунд (SiC), получают в результате реакции кварцевого песка SiO₂ с углем, проходящей в электрической печи при температуре 2000^оС:

SiO₂ + 3C Þ SiC + 2CO.

Это соединение, как и многие карбиды, отличается механической прочностью, твердостью, химической стойкостью и жаропрочностью. По твердости кристаллы SiC уступают лишь алмазу и боразону (BN), но поскольку карбид кремния значительно дешевле, его широко применяют для обработки твердых материалов.

Нитрид кремния Si₃N₄ образуется при взаимодействии кремния c азотом или аммиаком при температуре выше 1300^оС:

3Si + 2N₂ Þ Si₃N₄

Это соединение обладает высокой термостойкостью и малой реакционной способностью (не реагирует с кислотами, щелочами, расплавами металлов и органическими растворителями), поэтому находит широкое применение в качестве материала для защитных покрытий.

С водными растворами кислот кремний не реагирует. Кислоты-окислители (HNO₃ и H₂SO_4конц) пассивируют кремний, поскольку образующийся на поверхности слой диоксида кремния не растворяется в кислотах. Однако кремний реагирует со смесью азотной и плавиковой кислот:

3Si + 4HNO₃ + 18HF Þ 3H₂[SiF₆] + 4NO­ + 8H₂O.

Образующийся октаэдрический комплекс - гексафторосиликат-ион является очень прочным соединением, поскольку согласно принципу Пирсона объединяет “жёсткую” кислоту (Si⁴⁺) и “жёсткое” основание (F^-).

Принцип мягких и жёстких кислот и оснований Пирсона является развитием теории кислот и оснований Льюиса. По Пирсону ионы-акцепторы электронов делятся на два класса - жёсткие кислоты и мягкие кислоты, а ионы и молекулы-доноры электронов - на жёсткие основания и мягкие основания.

Жёсткие кислоты - это ионы металлов, характеризующиеся высоким положительным зарядом, малым размером, малой поляризуемостью и неимеющие легко возбуждаемых внешних электронов. Мягкие кислоты - это ионы с низким положительным зарядом, большим размером, высокой поляризуемостью. Такие ионы имеют несколько легко возбуждаемых внешних электронов.

Мягкими основаниями были названы лиганды, донорные атомы которых обладают высокой поляризуемостью, низкой электроотрицательностью и легко окисляются. Жёсткими основаниями были названы лиганды, донорные атомы которых обладают низкой поляризуемостью, высокой электроотрицательностью и трудно окисляются.

Правило Пирсона формулируется так: жёсткие кислоты предпочитают связываться с жёсткими основаниями, а мягкие кислоты - с мягкими основаниями. Это правило следует рассматривать как удобный принцип для качественной оценки относительной прочности комплексных соединений и растворимости солей.

Примеры жёстких и мягких кислот и оснований:

Жёсткие кислоты: H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, Be²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Al³⁺, Sc³⁺, La³⁺, Cr³⁺, Fe³⁺, Si⁴⁺, Zr⁴⁺, Th⁴⁺, Sn⁴⁺, Ti⁴⁺ и др..

Мягкие кислоты: Cu⁺, Ag⁺, Au⁺, Tl⁺, Pd²⁺, Co²⁺, Pt²⁺, Hg²⁺, Pt⁴⁺, Tl³⁺, Br⁺, I⁺, атомы металлов и др..

Кислоты, занимающие промежуточное положение: Fe²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Sn²⁺, Sb³⁺, Bi³⁺, Rh³⁺, Ir²⁺, NO⁺, Ru²⁺, Os²⁺ и др..

Жёсткие основания: H₂O, OH^-, F^-, CH₃COO^-, PO₄^3-, SO₄^2-, Cl^-, CO₃^2-, ClO₄^-, NO₃^-, NH₃, N₂H₄, спирты и др..

Мягкие основания: S^2-, I^-, SCN^-, S₂O₃^2-, CN^-, CO, C₂H₄, H^-, R₃P.

Основания, занимающие промежуточное положение: N₃^-, Br^-, NO₂^-, SO₃^2-, анилин, пиридин.

В растворах щелочей кремний растворяется довольно легко даже при рН 8-9 (слабощелочная среда). В этих условиях реакция идет с образованием SiO₂, а ионы ОН^- играют роль катализатора, препятствующего образованию плотной пленки на поверхности

NaOH

2H₂O + Si Þ SiO₂ + 2H₂­.

В более концентрированных растворах щелочей при рН 11-14 реакция протекает с образованием силикатов - солей метакремниевой кислоты:

H₂O + Si + 2NaOH Þ Na₂SiO₃ + 2H₂­

Гидриды кремния (силаны).Простейшей формой существования водородных соединений элементов IV-А подгруппы является ЭН₄. Если для углерода соединение СH₄ очень прочное, то при движении по группе сверху вниз от углерода к свинцу увеличение размеров орбиталей приводит к уменьшению прочности связи элемента с водородом и, начиная с кремния, гидриды становятся неустойчивыми. Высокая симметрия sp³- гибридных орбиталей приводит к тому, что ЭН₄ имеют правильное тетраэдрическое строение, молекулы неполярны, поэтому межмолекулярные силы слабы. Простейшие водородные соединения элементов IV-А подгруппы - это газообразные вещества, плохо растворимые в воде.

В то время как для углерода существуют гомологи метана общей формулы С_nH_2n+2 без ограничения числа n, гидриды кремния образуют ограниченный ряд от SiH₄ до Si₈H₁₈, что связано с уменьшением прочности связи элемент-элемент. Легкость термического разложения силанов возрастает с ростом числа звеньев. Высшие силаны менее уcтойчивы, чем SiH₄ и Si₂H₆.

Силаны можно получить взаимодействием силицида магния с растворами серной или фосфорной кислот. В результате образуется смесь силанов, основным компонентом которой является простейший силан SiH₄ (40 % об.):

Mg₂Si + 2H₂SO₄ Þ 2MgSO₄ + SiH₄­

Силаны разделяют фракционной перегонкой. Все они бесцветны, температура кипения силанов возрастает с увеличением молекулярной массы - t_кип.(SiH₄)= –112⁰C, t_кип.(Si₂H₆)= -15^оС, а трисилан Si₃H₈ при комнатной температуре является жидкостью. Все силаны чрезвычайно реакционноспособны, являются сильными восстановителями и самопроизвольно воспламеняются на воздухе:

SiH₄ + 2O₂ Þ SiO₂ + 2H₂O

С галогенами при комнатной температуре силаны взаимодействуют со взрывом:

SiH₄ + 4Cl₂ Þ SiCl₄ + 4HCl

В присутствии галогенидов алюминия возможно замещение водорода хлором или бромом с образованием галогенсиланов, таких как SiH₃Cl. Известно большое число алкил- и арил-замещенных силанов (например, диметилдихлорсилан (CH₃)₂SiCl₂, фенилтрихлорсилан С₆H₅SiCl₃ и пр.), полученных прямым синтезом.

Силаны устойчивы в нейтральной и кислой средах. В присутствии оснований очень легко гидролизуются по схеме:

NaOH

Si₂H₆ + 4H₂O Þ 2SiO₂ + 7H₂­

В отличие от метана, силан уже на холоду реагирует со щелочами

SiH₄ + 2NaOH + H₂O Þ Na₂SiO₃ + 4H₂­

В двух последних реакциях силан выступает в роли восстановителя, а протон молекулы воды - окислителя.

Соединения с галогенами. Кремний образует ряд галогенидов. Известны галогениды состава: SiX₄, Si₂X₆, Si₃X₈, Si₄X₁₀, Si₁₀X₂₂, Si₂₅X₅₂ и высокомолекулярные (SiX₂)_n (X: F, Cl, Br, I).

Простейшие галогениды SiX₄ можно получить непосредственным взаимодействием простых веществ:

Si + 2X₂ Þ SiX₄, где Х = F, Cl, Br, I

Тетрафторид кремния SiF₄ образуется при взаимодействии силикатов со фтороводородной кислотой. Тетрафторид обычно получают действием концентрированной серной кислоты на смесь SiO₂ + CaF₂. Реакция протекает в несколько стадий:

CaF₂ + H₂SO₄ Þ 2HF­ + CaSO₄

SiO₂ + 4HF Þ SiF₄­ + 2H₂O

Тетрахлорид кремния SiCl₄получают при нагревании смеси SiO₂ и углерода в атмосфере хлора:

SiO_2(кр.) + 2C_(гр.) + 2Cl_2(г) Þ SiCl_4(г) + 2CO_(г); (DH° = -46кДж, DS° = 135 Дж/ К)

При комнатной температуре SiF₄ – газ, SiCl₄ и SiBr₄ – жидкости, SiI₄ – твердое вещество. Все они бесцветны и являются типичными галогенангидридами.

SiF₄ SiCl₄ SiBr₄ SiI₄ T. пл., °С -95 (возг) -70 5.2 120.5

Т. кип., °С ѕ 57.5 152.8 287.5

DH°_{f , 298}, кДж/моль -1610 -688 -430 -161

DG°_{f , 298}, кДж/моль -1572 -598 -214 -138

Галогениды SiX₄, в противоположность тетрагалогенидам углерода CX₄, легко гидролизуются:

SiCl_4(ж) + 3H₂O_(ж) Þ H₂SiO_3(т) + 4HCl_aq.; DG°₂₉₈ = -238 кДж

Гидролиз протекает по ассоциативному механизму – за счет последовательного присоединения молекул воды (участвуют d-орбитали кремния) и с последующим отщеплением молекул галогеноводорода, вплоть до образования Si(OH)₄. Так, гидролиз SiCl₄ можно представить следующей схемой:

Образование ортокислоты подтверждается тем, что при разложении тетрахлорида кремния спиртом образуется устойчивый эфир ортокремневой кислоты:

SiCl₄ + 4C₂H₅OH Þ Si(OC₂H₅)₄ + 4HCl

Молекулы H₄SiO₄ далее вступают в реакцию поликонденсации с образованием поликремниевых кислот nSiO₂×mH₂O. Вследствие легко протекающего гидролиза тетрагалогениды кремния во влажном воздухе дымят.

В отличие от других галогенидов Si(IV) кислотная природа SiF₄ проявляется не только при гидролизе, но и при взаимодействии с основными фторидами и сопровождается образованием устойчивого комплексного соединения:

2KF + SiF₄ Þ K₂SiF_6.

Гидролиз SiF₄ можно представить уравнениями:

SiF₄ + 3H₂O Þ H₂SiO₃ + 4HF

4HF + 2SiF₄ Þ 2H₂SiF₆

3SiF₄ + 3H₂O Þ H₂SiO₃ + 2H₂SiF₆.

Гексафторосиликат водорода H₂SiF₆ в свободном состоянии не выделен. В водном растворе H₂SiF₆ – сильная (типа H₂SO₄) гексафторокремниевая кислота. При упаривании растворов H₂SiF₆ или добавлении к ним сильной кислоты происходит разложение гексафторосиликата:

H₂SiF₆ Û SiF₄­ + 2HF

При охлаждении насыщенного водного раствора выпадает дигидрат H₂SiF₆×2H₂O в виде твердых бесцветных кристаллов с Т. пл. 19^°С. На стекло кислота не действует.

Фторосиликаты металлов получают действием плавиковой кислоты на смесь кремнезема и соответствующего фторида металла:

MF₂ + SiO₂ + 4HF = MSiF₆ + 2H₂O, где M - Ca²⁺, Mg²⁺

Большинство гексафторидных комлексов растворимо в воде. Мало растворимы производные щелочных металлов М₂[SiF₆] (где M⁺ - Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) и бария Ba[SiF₄]. Их используют для пропитки древесины против огня и гниения, а также как "замутнители" для эмалей. Наибольшее практическое значение имеет соединение Na₂SiF₆. Применяют его для фторирования воды, зубных паст, в качестве инсектицида, в производстве кислотоупорных цементов, эмалей и пр. Растворимый в воде гексафторосиликат аммония применяется для отверждения и уплотнения известь-содержащих строительных материалов. Образующийся гексафторосиликат кальция Ca[SiF₆] закупоривает поры в строительных камнях и кирпичах. Все фторосиликаты и тетрафторид кремния ядовиты!

Галогениды с большим содержанием кремния могут быть, в частности, получены действием кремния на тетрахлорид при нагревании

3SiCl₄ + Si = 2Si₂Cl₆

или в общем виде,

(n + 1)SiCl₄ + (n - 2)Si = 2Si_nCl_2n+2

Устойчивость галогенидов кремния падает от фторидов к иодидам, поэтому легко могут быть осуществлены превращения типа:

Si₂J₆ + 3Br₂ = Si₂Br₆ + 3J₂

Si₂Cl₆ + 3ZnF₂ = Si₂F₆ + 3ZnCl₂

Трихлорсилан (силикохлороформ) SiHCl₃ получают пропуская через порошок кремния хлороводород при темрературе ~300⁰С:

Si + 3HCl Þ SiHCl₃ + H₂

Трихлорсилан является сильным восстановителем, например, он выделяет водород из воды:

SiHCl₃ + 2H₂O Þ H₂ + SiO₂ + 3HCl.

Используется SiHCl₃ в производстве кремнийорганических соединений и кремния высокой чистоты (восстановленим водородом при 1000⁰С).

Оксиды кремния.Элементы IV группы главной подгруппы образуют два ряда оксидов, в которых их степени окисления равны +2 и +4.

Монооксид кремния SiO получают восстановлением диоксида SiO₂ углем, водородом или элементарным кремнием при температуре 1300-1500 ^оС:

SiO₂ + C = CO + SiO _(газ)

Газообразный SiO неустойчив, его термодинамическая стабильность возрастает при повышении температуры (аналогично монооксиду углерода СО). При температурах 400-700⁰С газообразный SiO диспропорционирует:

2SiO (г) = SiO₂ (кр.) + Si (кр)

Однако, при быстром охлаждении до температур ниже 400⁰С газообразный оксид SiO не успевает разложиться и кристаллизуется в виде твёрдого аморфного вещества светло-коричневого цвета с полимерной структурой (SiO)_n , которое устойчиво при обычных температурах. При нагревании на воздухе (SiO)_n частично окисляется, а также взаимодействует с парами воды и СО₂ с образованием соответственно Н₂ и СО. Монооксид кремния реагирует со щелочами и плавиковой кислотой:

SiO + 2NaOH Þ H₂ + Na₂SiO₃, SiO + 4HF Þ H₂ + SiF₄ + H₂O.

Эти реакции нельзя считать подтверждением амфотерного характера SiO, т.к. они являются не кислотно-основными, а окислительно-восстановительными превращениями. Поэтому SiO , так же как и СО следует относить к несолеобразующим оксидам. Монооксид кремния широко используется для создания изолирующих, защитных и оптических слоёв в полупроводниковых устройствах и волоконной оптике.

Диоксид кремния SiO₂ встречается в нескольких кристаллических модификациях - кварц, тридимит, кристобалит и др., отличающихся температурами плавления и кристаллографическими характеристиками, переход между которыми осуществляется при повышении температуры. В SiO₂ реализуются координационные структуры, в которых кремний имеет координационное число 4 и находится в тетраэдрическом окружении четырех мостиковых (связывающих два атома кремния) атомов кислорода. Такая система связей обеспечивает высокую твердость и тугоплавкость диоксида кремния. SiO₂-кварц плавится при 1713°С, переходя в вязкую жидкость, в которой сохраняется основной каркас ковалентных связей. При охлаждении расплавленного кварца он переходит в стеклообразное состояние - твердое аморфное состояние вещества, обладающее свойством текучести и не обладающее упорядоченной структурой. Кварцевое стекло обладает рядом ценных свойств - оно тугоплавко, химически стойко (реагирует только с плавиковой кислотой, фтором и концентрированными растворами щелочей), прозрачно для ультрафиолетовых лучей.

Диоксид кремния SiO₂ – кислотный оксид, но его реакционная способность крайне низка. Он не подвергаются воздействию хлора, брома, водорода, инертен по отношению к большинству кислот и металлов даже при повышенной температуре. Как и любой высший оксид, SiO₂ формально является окислителем, но исключительно слабым. Он может быть восстановлен только при высоких температурах сильным восстановителем, например, металлическим калием или углеродом. Диоксид кремния реагирует при обычных условиях только со фтором (давая SiF₄) и фтороводородной кислотой:

SiO₂ + 6HF Þ H₂SiF₆ + 2H₂O

Если требуется получить матовый рисунок на стекле, то его обрабатывают (травят) плавиковой кислотой, предварительно покрыв парафином те места, которые должны остаться блестящими.

При нагревании порошкообразного SiO₂ с оксидами различных металлов образуются силикаты, а при сплавлении с Na₂CO₃ или Na₂SO₄ – водорастворимый силикат натрия («растворимое стекло») – Na₂SiO₃.

Кремниевые кислоты и их соли.Гидроксиды кремния не образуются при непосредственном взаимодействии SiO₂ с H₂O. Однако при подкислении водных растворов силикатов (например, Na₂SiO₃) или гидролизе некоторых бинарных соединений кремния (IV) (например, SiCl₄), образуется гидратированный диоксид кремния mSiO₂·nH₂O, выпадающий в осадок.

Как уже отмечалось выше, кремний является аналогом углерода. Однако, находясь в третьем периоде системы элементов Д. И. Менделеева, он не склонен образовывать молекулярные соединения, содержащие двойные связи. Поэтому в виде мономера существует только ортокремниевая кислота H₄SiO₄. Её молекулы существуют в водном растворе над осадком гидрата mSiO₂×nH₂O. Эта очень слабая кислота (K_а1 =2× 10^-10, K_а2 =К_а3 =К_а4 =2× 10^-12). Она растворима в воде, но может в таком растворе существовать только при pH = 3,2. При всех других значениях pH протекает дегидратация (реакция поликонденсации) ортокремниевой кислоты, что приводит вначале к образованию дикремниевой кислоты H₂Si₂O₅, а по мере дальнейшей потери воды образуются цепи -Si-O-Si-O- сначала высокомолекулярных, а затем и коллоидных агрегатов. Конденсация молекул заканчивается образованием структур с пространственной сеткой. Такой процесс идет при обработке раствора силиката натрия Na₂SiO₃ хлороводородной кислотой:

Свежеполученный осадок гидратированного диоксида кремния отличается вязкостью, но довольно быстро твердеет, переходя в бесцветный гель. При дальнейшем хранении на воздухе происходит постепенное обезвоживание геля и образование непрозрачного, белого, чрезвычайно пористого продукта – силикагеля – (SiO₂)_n. Как и активный уголь, силикагель используется в качестве адсорбента. Путем сильного прокаливания получают мелкодисперсный аморфный белый порошок диоксида кремния SiO₂ (белая сажа).

Простейшие представители ряда полиметакремниевых кислот (H₂SiO₃)_n со степенью полимеризации n от 3 до 6 представляют собою молекулы, замкнутые в циклы, несодержащие двойных связей, например:

В этих кислотах каждый атом кремния имеет координационное число 4. Атомы кремния находятся в центрах правильных тетраэдров, в вершинах которых расположены атомы кислорода, причем каждый атом кислорода одновременно относится к двум соседним тетраэдрам.

В поликремниевых кислотах (H₂SiO₃)_n при каждом атоме кремния находится еще по две гидроксильные группы. Нетрудно себе представить, что сложные полимерные цепи будут способны реагировать между собой с выделением воды. Тогда из двух линейных цепей может образоваться более "бедная" водой кислота (H₆Si₄O₁₁), представляющая собой сдвоенную цепь или ленту. При взаимодействии нескольких цепей или нескольких ленточных структур могут образоваться еще более сложные поликремниевые кислоты, которые имеют структуру плоской тетраэдрической решетки (листовая слоистая структура), отвечающей общему составу (H₂Si₂O₅)_n.

Соли кремниевых кислот называются силикатами. При сплавлении диоксида кремния с карбонатами щелочных металлов (1300°С) выделяется диоксид углерода и образуется сложная смесь силикатов щелочных металлов. При высоком содержании щелочного металла получается растворимый в воде продукт, при низком - образующаяся смесь практически не растворима в воде. В последнем случае появляются очень большие полимерные анионы. В зависимости от концентрации в растворе силикат натрия гидролизуется с образованием моно-, тетра- или более высоких полимеров кремниевой кислоты.

Состав силикатов указывается исходя из формул кремниевых кислот общего состава mSiO₂×nH₂O (при небольших целочисленных значениях m и n):

Строение силикатов. Представления о структуре силикатов основаны главным образом на результатах изучения многочисленных природных (и некоторых синтетических) силикатов тяжелых металлов. В ортосиликатах ион SiO₄^4- имеет строение правильного тетраэдра, как, например, в минералах оливин - (Mg, Fe^II)₂SiO₄, нефелин - NaAl[SiO₄], циркон - Zr[SiO₄], гранат - Ca₃Al₂[SiO₄]₃. В дисиликатах ион Si₂O₇^6- построен из двух одинаковых тетраэдров [SiO₄], связанных общей вершиной (мостиковым атомом O), как, например, в минералах тортвейтит - Sc₂(Si₂O₇) и баризилит - Pb₃[Si₂O₇]. Число тетраэдров, соединенных вершинами, может увеличиваться при дальнейшей конденсации, в результате образуются кольцевые анионы типа Si₆O₁₈^12-, встречающиеся, например, в минерале берилл Be₃Al₂(Si₆O₁₈). Строение анионов SiO₄^4-, Si₂O₇^6-, Si₆O₁₈^12- показано ниже (изображены только атомы кислорода):

Наряду с указанными силикат-ионами, имеющими ограниченные размеры, существует огромное количество силикат-ионов с неограниченными размерами. Тетраэдры [SiO₄] могут объединяться, образуя цепочечные, ленточные, плоскостные и пространственные структуры, отрицательный заряд которых нейтрализуется положительными ионами металлов. Из силикатов с ленточной структурой отметим хризолит [Mg₆(OH)₆][Si₄O₁₁]×H₂O. В качестве примера силикатов со слоистой (листовой) структурой приведем: тальк [Mg₃(OH)₂] × [Si₄O₁₀], пирофиллит [Al₂(OH)₂] × [Si₄O₁₀], каолинит [Al₄(OH)₈] × [Si₄O₁₀].

Силикаты с цепочечным и ленточным строением способны расщепляться на тонкие волокна (асбест), а с плоскостным строением легко расщепляются на отдельные пластины (слюды). Силикаты могут набухать в результате того, что молекулы H₂O размещаются между анионными слоями, при этом образуются глины, содержащие, кроме того, Al₂O₃.

Пространственно-сетчатое строение имеет сам диоксид кремния и многочисленные природные и искусственные алюмосиликаты (смешанные соли – алюминат-силикаты). В алюмосиликатах часть атомов кремния в тетраэдрах [SiO₄] замещена на атомы Al, а поскольку положительный заряд атома алюминия на единицу меньше (Al³⁺ вместо Si⁴⁺), то отрицательный заряд алюмосиликатного иона возрастает на единицу и соответственно возрастает число необходимых для электронейтральности катионов. В химических формулах алюмосиликатов в состав аниона включают алюминий, замещающий кремний, а также указывают возможное наименьшее число атомов всех элементов, например для минерала ортоклаза (калиевый полевой шпат) записывают формулу K(AlSi₃O₈), хотя, молекул и анионов такого состава в природе не встречается.