Кремнекислородный тетраэдр и его роль в структуре силикатов. Полиморфизм кремнезема.
Кристаллический кремнезем: кварц - 
; тридимит - 
; кристобалит - . Свойства этих модификаций существенно различаются, т.к. при одном и том же хим. составе они имеют разную структуру. Различают модификации 1-го и 2-го порядка. Кварц, тридимит, кристобалит – модификации 1-го порядка, - 2-го. Модификации 1-го порядка имеют существенные различия в структуре, а 2-го незначительные. Переходы модификаций 1-го порядка идут при высоких температурах, а 2-го, особенно 
, - при низких.
В соответствии с физическими представлениями о строении твердого тела и основными положениями квантовой механики принято, что структура кристаллов SiO2 состоит из атомов Si, расположенных в центре тетраэдров, в вершинах которых находятся атомы кислорода. Каждый атом кислорода связан с двумя атомами кремния и является общим для двух соседних тетраэдров, что в результате дает непрерывную пространственную кристаллическую структуру каркасного типа с общей формулой SiO2.
Следовательно SiO2 (кристаллический) можно рассматривать как пространственный неорганический полимер, структура которого составлена из тетраэдров SiO4/2, угол между Si – O – Si изменяется в зависимости от модификации от 120о до1800, и определяет структуру той или иной модификации. Угол О – Si – О составляет 1090281. Сравнивая структуры модификаций 1-го порядка, т.е. кварца (угол Si – О – Si = 1500), тридимита (угол Si – О – Si = 1800) и кристобалита (1800) можно отметить, что отличие их структур в разных схемах соединения между собой тетраэдров [SiO4]. Разница же между структурой модификаций 2-го порядка не столь существенна, характер сочленения не меняется, а несколько меняется симметрия структуры в результате смещения и вращения тетраэдров без разрыва каких-либо связей.
Общая характеристика и фазовые превращения в системе SiO2.
Единственным имеющим большое практическое значение оксидом кремния является SiO2. Однокомпонентная специальная диаграмма была построена Феннером в 1911г. Эта диаграмма является классической, ею пользуются в настоящее время, однако, в разные годы были внесены существенные поправки. На диаграмме представлены основные формы (кварц,тридимит, кристобалит) встречающиеся в обычных условиях в природных и технических продуктах. Как видно из диаграммы, SiO2 образует 3 главные модификации, обозначенные сплошными линиями, каждая из которых в свою очередь имеет разновидности 
и 
.
Все модификации – кристаллические, могут быть разбиты на две группы. К первой группе относятся 
кварц (устойчив до 5750), 
кварц (5750-8700), 
тридимит (8700-14700), 
кристобалит (14700 - 17280) и выше 17280 – расплав SiO2. Они имеют при нормальном давлении области стабильного существования, ограниченные на диаграмме сплошными линиями. Ко второй относятся модификации, которые имеют только температурные области метастабильного (неустойчивого) состояния (пунктирная линия): 
тридимит (1200-1630), 
тридимит (ниже 1200), кристобалит (ниже 2300) и стекло (ниже 17280). Последовательность фазовых переходов при изменении температуры в равновесных условиях можно изобразить схемой:
Как видно из схемы все превращения в системе энантиотропные, характер превращений при изменении температуры различен. Превращения в пределах данной главной формы происходят очень быстро, что объясняется незначительными изменениями структуры, т.к. модификации 2-го порядка имеют сходную структуру. В противоположность этому, превращения в горизонтальном ряду протекают очень медленно, в течение нескольких суток и более (для чистого SiO2). Эти превращения связаны с глубокой перестройкой структуры. Указанные превращения между главными модификациями значительно ускоряются в присутствии добавок – минерализаторов (щелочные и щелочноземельные металлы, в основном CaO и CaO+Fe2O3). Весьма важными для практики являются объемные изменения и изменения плотности SiO2 при их взаимном превращении.