1. komponenta

Vrsta nastave	Ukupno
Predavanja	30
Laboratorijske vježbe	15
Seminar	15

* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)

PRIRODNI SILIKATNI MATERIJALI

CILJ KOLEGIJA
Stjecanje znanja o vrstama, strukturama, svojstvima i primjeni silikata i ostalih silicijevih spojeva. Shvaćanje fenomena vezanih uz uporabu silikata kao sirovina, uz proizvodnju pojedinih silikatnih materijala te njihovu uporabu.

IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA
1. Značaj silikata, razlozi brojnosti i raznovrsnosti silikata. Sredina uvjeti i procesi nastanka silikatnih minerala.
2. Silicij: dobivanje i svojstva. Tehnički silicij. Poluvodički silicij, CVD proces, Chochralski proces, zonsko taljenje. Solarni silicij.
3. Priroda kemijske veze silicija i kisika, (SiO4)-tetraedar, Načela i načini povezivanja (SiO4)-tetraedara. Kriteriji stabilnosti kompleksnih silikatnih struktura.
V. Rendgenska difrakcijska analiza silikata.
4. Klasifikacija silikata: kemijska, prirodna i strukturna, ostale metode klasifikacije silikata. Nomenklatura silikata. Strukturne formule silikata.
V. FTIR spektroskopska analiza silikata.
5. Otočni silikati: olivin, cirkon, granati, grupa silimanita.
V. Određivanje sastava mulita iz parametara jedinične ćelije.
6. Grupni silikati, prstenasti silikati. Lančani silikati: pirokseni, piroksenoidi, amfiboli. Drago i poludrago kamenje.
7. Slojeviti silikati: kaoliniti, serpentini, pirofiliti, talk, dioktaedrijski smektiti, liskuni, lomljivi liskuni, kloriti.
V. Određivanje stupnja aktivacije bentonita rendgenskom difrakcijom.
I. kolokvij.
8. Geneza slojevitih silikata, fenomen ionske izmjene glina. Sustav glina-voda: plastičnost, viskoznost i svojstva tečenja.
V. Stabilnost suspenzije glina.
9. Tektosilikati: feldspati, feltspatoidi, zeoliti.
10. Polimorfne modifikacije SiO2, Fennerov dijagram. Kvarc, kvarcne sirovine.
11. Sintetski finodisperzni SiO2: prirogeni SiO2, silika-sol, silika-gel, taloženi SiO2.
V. Priprava SiO2 sola i gela
12. Anorganski spojevi silicija: Topivi alkalijski silikati, Slitine silicija, Silicidi, SiO, silicij-karbid, silicij-nitrid, slicij-hidridi, silani, silicij halogenidi.
V. Formiranje i svojstva hidrata metalnih silikata
13. Organosilicijevi spojevi: organo-silani, organo-klorsilani, organo-alkoksisilani, organo-siloksani. Silikoni: silikonska ulja, smole i gume.
V. Priprava silikonske gume.
II. kolokvij.

RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA
Poznavanje silikatnih minerala i silikatnih materijala. Uočavanje različitosti struktura silikata te utjecaja strukture na svojstva silikata. Razumijevanje utjecaja strukture na svojstva. Stjecanje znanja o fenomenima vezanim uz uporabu silikata kao sirovina. Poznavanje tehnologija dobivanja silicija i spojeva silicija. Upoznavanje s područjima i specifičnostima uporabe silikatnih materijala. Upoznavanje s trendovima istraživanja silikatnih materijala.

OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA:
Studentima se preporučuje prisustvovati predavanjima, a obvezni su pohađati vježbe i pristupiti kolokvijima.

UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA:
Uredno prisustvovanje predavanjima i vježbama.

NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE:
Nastava će se provoditi usmenim izlaganjem uz PowerPoint prezentaciju. Vježbe su laboratorijskog tipa.

NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA:
Kolokvij, pismeni ispit samo ukoliko student znanjem ne zadovolji na kolokvijima. Pri ocjenjivanju će se, pored uspjeha na kolokvijima, odnosno ispitu, uzimati u obzir cjelokupan rad studenta.

NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA:
Studentska anketa

METODIČKI PREDUVJETI:

ISHODI UČENJA KOLEGIJA:
1. Poznavanje temeljnih pojmova vezanih uz prirodne i sintetske silikatne materijale.
2. Primjena znanstvenih principa znanosti i inženjerstva materijala pri razumijevanju svojstava silikata te procesa do kojih dolazi tijekom proizvodnje i uporabe silikata.
3. Povezati znanja iz kemije, kemijskog inženjerstva te strukture i svojstava materijala u cilju identifikacije, formuliranja i rješavanja problema iz područja kemije silikata.
4. Analizirati ponašanje silikata na makro razini imajući u vidu strukturu i mikrostrukturu materijala te fenomene na mikro razini
5. Razviti kritički način razmišljanja o strukturi, svojstvima, proizvodnji i uporabi silikata.
6. Spoznati profesionalne standarde i unaprijediti radnu etiku te steći motivaciju za daljnje obrazovanje i intelektualni razvoj.
7. Unaprijediti sposobnost analitičkog razmišljanja i sinteze znanja, komunikacijske vještine, kritičnost i sposobnost zaključivanja.
8.Koristiti instrumentalne tehnike analize materijala te unaprijediti vještine rada na računalu, analize i sinteze podataka.

NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA

NASTAVNA JEDINICA: Silicij, [SiO4]-tetraedar, silikati, klasifikacija silikata
ISHODI UČENJA:
- Poznavanje osnovnih pojmova kemije silikata
- Razumijevanje procesa nastanka silikatnih minerala
- Uočavanje značaja silikata, razloge brojnosti i raznovrsnosti silikata
- Uočavanje sličnosti i razlike kemije silicija i ugljika
- Poznavanje svojstava silicija
- Interpretacija procesa dobivanja tehničkog i poluvodičkog silicija, CVD procesa, Czochralski procesa i zonskog taljenja
- Razlikovanje tipa solarnih ćelija
- Interpretacija procesa dobivanja polikristalnih ćelija
- Objasniti prirodu kemijske veze silicija i kisika te načine povezivanja [SiO4]-tetraedara
- Primjena Poulingovih pravila izgradnje ionskih kristala na silikate
- Klasificirati silikate i prepoznati u koju grupu pripada određeni silikat
- Reproducirati pojmove dimenzijskog broja, multipliciteta, periodičnosti i razgranatosti i odrediti ove veličine za jednostavnije silikate
KRITERIJI VREDNOVANJA:
Definirati:
- silikate
- segregacijski koeficijent
Razlikovati
- dimenzijski broj, multiplicitet, periodičnost
Objasniti:
- sličnosti i razlike kemije silicija i ugljika
- razlike u reaktivnosti silicija u masivnoj kristalnoj formi i u talini.
- prirodu veze Si-O
- načine povezivanja [SiO4] tetraedara
Navesti
- četiri osnovna razloga raznovrsnosti silikata
- oblike u kojima se Si pojavljuje na tržištu i njihov približan stupanj čistoće.
- tipove solarnih ćelija
- kordinacijske poliedre u kojima se u silikatima najčešće nalaze ioni karakteristični za silikate
- tri osnovna načina podjele silikata i na čemu se temelje.
- vrste silikata prema strukturnoj podjeli
Opisati
- proces dobivanja tehničkog Si
- proces dobivanja ultra-čistog polikristaliničnog silicija
- metode konverzije polikristaliničnog Si u monokristal.

NASTAVNA JEDINICA: Otočni, grupni i prstenasti silikati
ISHODI UČENJA:
- Poznavanje važnih grupa otočnih, grupnih i prstenastih silikata
- Razumijevanje strukture olivina
- Razumijevanje veze strukture i svojstava otočnih silikata
- Objasniti razlike u strukturi, posebice koordinaciji aluminija u mineralima grupe silimanita
- Uočavanje uloge i važnosti mulita u kemijskoj industriji
- Razumijevanje strukture berila
- Objasniti strukturu lančanih silikata kroz način slaganja T-O-T jedinica
- Uočavanje sličnosti i razlike strukture piroksena i amfibola
- Uočiti razloge uporabe minerala kao dragog ili poludragog kamenja
- Poznavanje osnovnih pojmova obrade i vrednovanja dragog kamenja
KRITERIJI VREDNOVANJA:
Definirati
Olivin
Navesti
Koordinacijske brojeve aluminija u silimanitu, andaluzitu i distenu
Čime je određena periodičnost lančanih silikata
Opisati
Značaj i funkcija mulita u mikrostrukturi porculana i svojstva za koja je zaslužan?
Strukturu berila
Osnovnu strukturu piroksena i amfibola
Objasniti
Kako su [SiO4] tetraedri povezani u olivinu te kako su koordinirani Mg2+ ioni u odnosu na O2- ione i obratno.
Kako se 2. Paulingovo pravilo o jakosti veze u ionskim strukturama primjenjuje na olivin.
Utjecaj kationa u poliedrima na mehanička svojstva silikata
Utjecaj strukture lančanih silikata na njihova svojstva
Razlikovati
ortopiroksene i klinopiroksene

NASTAVNA JEDINICA: Slojeviti silikati
ISHODI UČENJA:
- Poznavanje važnih grupa slojevitih silikata
- Razumjevanje strukture slojevitih silikata
- Opisati tetraedarski i oktaedarski sloj
- Razlikovati T-O te T-O-T slojeve
- Objasniti pojmove dioktaedarske i trioktaedarske strukture
- Razlikovati načine povezivanja slojeva kod različitih slojevitih silikata
- Interpretirati podjelu slojevitih silikata
- Opisati strukture kaolinita, serpentina, pirofilita, talka, liskunia, klorita, vermikulita, montmorilonita i ilita - Objasniti genezu slojevitih silikata
- Interpretirati podjelu glina
- Poznavati načine oplemenjivanja bentonita
- Razumijevanje koloidnih svojstava glina, te znati kontrolirati stabilnost supenzije, plastičnost, viskoznost i svojstva tečenja
- Razumjeti pojmove poput ravnoteža izmjene, koeficijent selektivnosti, kapacitet izmjene kationa i koristiti ih pri kontroli procesa ionske izmjene
KRITERIJI VREDNOVANJA:
Definirati
Navesti
koji od tipova strukture ima kaolinit a koji serpentin.
Koja su tipična svojstva vermikulita i montmorilonita, koje su karakteristike njihove strukture i po čemu se razlikuju?
Navedite nekoliko područja uporabe kaolina.
O čemu ovisi sedimentacijska a o čemu koagulacijska stabilnost glinenih suspenzija?
Opisati:
Kako se međusobno povezuju slojevi kaolinita, kako slojevi talka a kako slojevi muskovita?
Što su uzroci postojanja svojstva ionske izmjene kod glina te o čemu ovisi afinitet gline prema ionu
Objasniti
razliku između trioktaedarske i dioktaedarske strukture slojevitih silikata
Kako će na difraktogram montmorilonita utjecati dodatak etilen-glikola a kako zagrijavanje do 400°C? A na difraktogram kaolinita? Zašto?
Što je zeta-potencijal, o čemu ovisi i kako se na njega može utjecati. Detaljno obrazložite oba načina utjecaja.
Razlikovati
glina primarnih i sekundarnih ležišta

NASTAVNA JEDINICA: Tektosilikati i sintetski finodisperzni SiO2
ISHODI UČENJA:
- Poznavanje važnih grupa tektosilikata
- Objasniti utjecaj različitih čimbenika na uređenost strukture glinenaca
- Razumijevanje strukture zeolita
- Interpretacija klasifikacije zeolita
- Razumjeti mehanizme primjene zeolita za sušenje, separaciju i katalizu
- Interpretirati proces proizvodnje zeolita
- Poznavati polimorfne modifikacije SiO2 te varijetete kvarca
- Interpretirati fennerov dijagram
- Poznavati kvarcne sirovine
- Svijest o utjecaju SiO2 na zdravlje
- razlikovati vrste sintetskog finodisperznog SiO2,
- Interpretirati procese proizvodnje pirogenog SiO2, silika-sola, silika-gela, taloženog SiO2 te metode naknadne obrade SiO2
KRITERIJI VREDNOVANJA:
Definirati
Čimbenike koji pri stvaranju čvrstih otopina između različitih glinenaca određuju kompatibilnost
Hidrogel, kserogel, aerogel
Navesti
Najvažnije glinence te čimbenike koji definiraju uređenost njihove strukture
Profesionalne bolesti vezane uz rad s kristalnim SiO2
Podjelu finodisperznog amorfnog SiO2
Opisati:
Aerosil postupak
Proces dobivanja silika-sola, silika-gela i taloženog SiO2
Definirati
Objasniti
Ulogu glinenaca u procesu pečenja porculana
Zašto se zeolite naziva i molekularnim sitima i zbog čega su dobri ionski izmjenjivači?
Opisati
Strukturu zeolita kroz hijerarhiju strukturnih građevnih elemenata
Nabrojiti modifikacije SiO2 prikazane u Fennerovom dijagramu.
Razlikovati
Stabilne u metastabilne modifikacije SiO2
rekonstruktivne i displazivne fazne transformacije SiO2.

NASTAVNA JEDINICA: Ostali anorganski spojevi silicija te organosilicijevi spojevi
ISHODI UČENJA:
Navesti, opisati i razlikovati ostale anorganske spojeve silicija
Interpretirati proces proizvodnje topivih alkalijskih silikata
Opisati i razlikovati silane, halogen silane, siloksane, silanole i alkoksisilane te poznavati njihova kemijska svojstva
Interpretirati proces proizvodnje silana
Poznavati organosilicijeve spojeve, posebice organo-halogensilane i organo-alkoksisilane i njihova kemijska svojstva
Interpretirati procese proizvodnje organosilicijevih spojeva
Poznavati svojstva silikona
Interpretirati procese proizvodnje silikona
Razlikovati industrijske silikonske proizvode, posebice silikonska ulja, silikonke gume, silikonske smole
Uočiti potrebu i načine zaštite okoliša u procesima eksploatacije, oplemenjivanja i prerade silikata
Interpretirati termičke procese u silikatnoj kemiji te važne reakcije silikata u čvrstom stanju
Primijeniti metode strukturne karakterizacije, termičke analize, elektronske mikroskopije i mikroanalize pri karakterizaciji silikata
KRITERIJI VREDNOVANJA:
Definirati
Vodeno staklo
Navesti
Podjelu industrijskih silikonskih proizvoda
Najvažnija svojstva silicij-karbida
silani, siloksani, silanoli, alkoksisilani
silikone
Opisati:
Načine dobivanja umreženih silikonskih polimera
Opisati načine ugrožavanja okoliša procesima eksploatacije, oplemenjivanja i prerade silikata te uočiti načine zaštite okoliša
Opisati važne reakcije silikata u čvrstom stanju
Nabrojiti i opisati različite metode karakterizacije silikata

1. Poznavanje temeljnih pojmova vezanih uz prirodne i sintetske silikatne materijale.
2. Primjena znanstvenih principa znanosti i inženjerstva materijala pri razumijevanju svojstava silikata te procesa do kojih dolazi tijekom proizvodnje i uporabe silikata.
3. Povezati znanja iz kemije, kemijskog inženjerstva te strukture i svojstava materijala u cilju identifikacije, formuliranja i rješavanja problema iz područja kemije silikata.
4. Analizirati ponašanje silikata na makro razini imajući u vidu strukturu i mikrostrukturu materijala te fenomene na mikro razini
5. Razviti kritički način razmišljanja o strukturi, svojstvima, proizvodnji i uporabi silikata.

1. Silicate Crystal Chemistry, D. T. Griffen, Oxford University Press, 1992.
2. Structural Chemistry of Silicates, A. Petzoldt, Springer-Verlag, Berlin, 1985.

Izborni kolegij - Redovni modul - Specifični materijali i napredne tehnologije