Silicat

Bazalt cu olivină , Big Island, Hawaii.

Silicații sunt clasa mineralelor caracterizate prin prezența grupului tetraedric (SiO ₄ ) ^4- . Denumirea de silicați a fost adoptată pentru prima dată de chimistul suedez Jöns Jacob Berzelius .

Oxigenul și siliciul sunt cele mai abundente elemente din scoarța terestră (46,6% și respectiv 27,7% din greutate), ceea ce face din silicați cele mai comune minerale de pe Pământ (peste 90%). Acestea apar în roci magmatice , metamorfice și sedimentare. ^[1]

Structura generală

Siliciul și oxigenul sunt dispuse într-o structură tetraedrică (patru poliedru de coordonare), în centrul căruia se află un ion de siliciu (mai mic decât atomii de oxigen) și în vârful căruia există patru ioni de oxigen. Conform conceptului de electronegativitate al lui Pauling , legătura dintre siliciu și oxigen este 50% ionică și 50% covalentă . ^[1]

Structura tetraedrului silicat.

Deoarece numărul de oxidare al siliciului este +4, iar cel al oxigenului este -2, în general fiecare tetraedru are un exces de sarcină negativă (-4). Puterea fiecărei legături individuale Si-O este egală cu jumătate din energia totală a legăturii disponibile în ionul de oxigen. Fiecare dintre acestea are, prin urmare, potențialul de a se lega de un alt ion de siliciu și de a participa la un alt tetraedru, conectând astfel tetraedrul prin intermediul oxigenului comun sau al oxigenului de legătură. Siliciul din structură poate fi înlocuit cu aluminiu (vorbim apoi de aluminosilicați ). ^[1]

Clasificarea silicaților

Inițial, silicații au fost clasificați pe baza caracteristicilor fizice, cum ar fi forma cristalină și decolteul . Cu toate acestea, această clasificare nu era de acord cu cea chimică, care considera aceste minerale ca săruri ale unei serii de acizi silicici, în mare parte ipotetice. ^[2]

Datorită lui Machatschki și Bragg în 1930 (în urma descoperirii razelor X în 1912) a fost propusă o clasificare bazată pe structura cristalină și în mod specific pe modul de concatenare a tetraedrelor de (SiO ₄ ) ⁻⁴ . ^[2]

Olivine.

Tetraedrele pot exista izolate sau legate între ele. Ele se deosebesc în funcție de numărul de noduri în comun între tetraedrului (SiO ₄₎ ^-4 (0,1,2,3 sau 4). Rețeaua cristalină a fiecărui silicat și cantitatea și tipul de metale prezente în acesta depind de aceasta: ^[3]

Nesosilicate : tetraedre izolate. Grupul de bază are formula chimică (SiO) ⁻⁴ . O consecință a structurii este că descuamarea este în general absentă. Garniturile și olivina fac parte din acest grup (nerecunoscut de IMA ca mineral deoarece este un termen intermediar al seriei forsterit-fayalit), ale cărui formule chimice sunt respectiv X ₃ Y ₂ (SiO ₄ ) ₃ și (Mg, Fe) ₂ SiO _4.
Sorosilicate : perechi de tetraedre legate între ele. Grupul de bază are formula chimică (Si ₂ O ₇ ) ⁻⁶ _. Hemimorfitele (Zn ₄ (Si ₂ O ₇ ) (OH) ₂ (H ₂ O)) și epidotele (Ca ₂ (Fe, Al) Al ₂ O (SiO ₄ ) (Si ₂ O) aparțin acestui grup ₇ ) (OH )).
Ciclosilicați : tetraedri legați de inel. Pentru inele de șase tetraedre avem beril (Be ₃ Al ₂ (Si ₆ O ₁₈ )) și turmalină (Na, Ca) (Li, Mg, Al) - (Al, Fe, Mn) ₆ (BO ₃ ) ₃ - [Si ₆ O ₁₈ ] (OH) ₄ .
Inosilicates : singur ( piroxenice ) sau (double amfiboli ) lanțuri de tetraedre. Formulele generale sunt XYZ ₂ O ₆ și W _0-1 X ₂ Y ₅ Z ₈ O ₂₂ (OH, F) ₂ .
Filosilicatele : planuri ale tetraedrelor, unde fiecare tetraedru împarte 3 oxigeni, care formează plane subțiri (lamine). Cel mai răspândit silicat al acestui grup este mica ; mica este moscovita , formula KAl ₂ (AlSi ₃ O ₁₀ ) (OH) ₂ , numita si mica alba, si biotita , formula K (Mg, Fe) ₃ AlSi ₃ O ₁₀ (OH) ₂ , numita si mica neagra. Un alt subgrup al familiei de filosilicate sunt mineralele argiloase , care includ talcul , formula Mg ₃ Si ₄ O ₁₀ (OH) ₂ și caolinitul , formula Al ₂ Si ₂ O ₅ (OH) _4.
Tectosilicați : o rețea tridimensională, în care fiecare tetraedru împarte 4 oxigeni. Acest grup include feldspat , care include orthoclase , formula Kalsi ₃ O _8, anortit , formula CaAl ₂ Si ₂ O _8, albite , formula NaAlSi ₃ O ₈ și cuarț _SiO2. Pe lângă siliciu și oxigen există adesea elemente asociate, precum aluminiu, calciu , fier , magneziu și mangan .

Quartz este un tectosilicate, cu compoziție chimică _SiO2.

Formare (Minerogeneza)

Modalitățile de formare sau ( minerogeneză ) sunt: ^[4]

Includerea opalului, Queensland, Australia.

Etapa ortomagmatică, își are originea: olivină, piroxeni, amfiboli, mica, feldspat, feldspat și cuarț.

Etapa pegmatitico-pneumatolitică, formată în principal: turmalină, topaz , beril, zircon .
Etapa hidrotermală, unele minerale argiloase sunt tipice, în special din grupul kaolinit, zeoliți , opal și cuarț.

Metamorfismul de contact . Caracteristicile procesului de contact metamorfic sunt cordierita și vesuvianita .

Silicații tipici pot proveni, de asemenea, în procesul metamorfic regional , cum ar fi: granate, wollastonit , talc.
Proces sedimentar în care se formează alți silicați precum argile , zeoliți, feldspat, opal, cuarț.

Proprietăți fizice

Caracteristicile durității și ale descuamării nu variază continuu față de clasificarea anterioară. Se pot lua în considerare două grupuri: prima constând din Neso-, Soro-, Ciclo- și Tectosilicați, în care tetraedrele sunt dispuse fără preferințe direcționale; al doilea format din ino- și filosilicate în care în schimb există o dezvoltare direcțională netă. ^[4]

Olivină sub lumină polarizată.

La silicații din primul grup, decolteul nu este în general prezent sau nu este ușor, în timp ce duritatea este ridicată (între 5 și 8). Mineralele din cel de-al doilea grup prezintă decolteu ușor, uneori perfect, cu valori de duritate variabile (între 1 și 6) în funcție de schela de silicat. ^[2] Greutatea specifică din silicați, de regulă, este cuprinsă între 3-4, cu excepția filosilicaților care scade sub 3. ^[3]

Optică

În ceea ce privește proprietățile optice, se constată că indicii de refracție scad trecând de la neso- la tectosilicați; birefringența, pe de altă parte, are valori modeste pentru neso-, soro-, ciclo- și tectosilicați și valori mai mari pentru ino- și filosilicați. ^[4]

Notă

^ ^a ^b ^c C. Klein, Capitolul 11 , în Mineralogie , prima ediție italiană, Zanichelli, pp. 417-418.
^ ^a ^b ^c C. Cipriani și C. Garavelli, Cristalografie chimică și mineralogie specială , USES, 1994, pp. 197-200.
^ ^a ^b C. Klein, Capitolul 12 , în Mineralogie , prima ediție italiană, Zanichelli, pp. 458-524.
^ ^a ^b ^c Silicates , pe Treccani . Adus la 4 decembrie 2018 .