Silicat (mineral)

Silicații sunt compuși oxigenați ai siliciului cu metale. Constituie peste 90 % din scoarța pământului, pe când mantaua este alcătuită numai din silicați.

• Din punct de vedere chimic silicații constau din siliciu și oxigen (Si_xO_y) la care se pot adăuga unul sau mai multe metale, ca și ionii hidroxil (OH^-). Silicați mai sunt numiți o sare a acidului silicic sau bioxidul de siliciu (cuarțul).
• In mineralogie silicații alcătuiesc o grupă mare de minerale.

Structura

Structura atomică de bază a silicaților

Silicații au o structură atomică bazată pe același principiu de construcție, piatra de fundament o constituie tetraedri de SiO₄. Un atom de siliciu fiind legat de patru atomi de oxigen, în centru rămâne un loc gol pentru atomul mic de siliciu. O altă caracteristică a silicaților este aceea că atomii de oxigen pot lua parte în același timp la mai multe complexe tetraedrice, astfel iau naștere pe lângă tetraedrii izolați de SiO₄-, elemente tetraedrice legate între ele după cum urmează:

• tetraedrii izolați
• tetraedrii dubli
• tetraedrii inelari
• lanțuri simple sau duble
• structură pe straturi
• structură scheletică sau rețea

Aluminiul poate de exemplu din punct de vedere chimic să înlocuiască atomul de siliciu, aceasta fiind numită o „substituire izomorfă”, astfel de combinații fiind numite silicați de aluminiu. Aluminiu are valența Al³⁺ pe când siliciul Si⁴⁺, astfel va apare o încărcare electrică cu cationi.

Sistematica silicaților

Familia silicaților au o serie de deosebiri ce privește:

• formula chimică
• simetria cristalelor
• felul legăturilor chimice

Formule chimice

O formulă simplificată a mineralelor din grupa silicaților este:

$\mathrm {M_{n}\left[\left(Si_{x}O_{y}\right)^{4x-2y}\right]}$.

Locul complexului oxigen-siliciu poate fi înlocuit de grupări de hidroxid, apă sau de fluoruri. Poziția lul „M” finnd ocupat de un ion sau mai mulți ioni metalici până la un echilibru electric. Când un mineral anumit are în complexul structural de Si_xO_y substituiri prin ione de fluor (F) sau de hidroxil (OH) va apare de exemplu formula următoare:

$\mathrm {Al_{2}\left[Si_{2}O_{5}|(OH)_{4}\right]}$, Caolinit.

iar apa din structură va apare:

$\mathrm {Na[AlSi_{2}O_{6}]\cdot H_{2}O}$, Analcim.

Inosilicați (neosilicați)

• unde apar tetraedri de SiO₄- izolați ca la:
• Olivină: $(Mg,Fe)_{2}[SiO_{4}]$
• Zircon: $Zr[SiO_{4}]$

Bisilicați (sorosilicați)

Aceștia pot apărea sub forma de tetraedri dubli legați printr-un atom comun de oxigen (punte de legătură). Raportul Si:O fiinde de 2:7, acest tip de structură apare mai rar în natură un exemplu fiind Gehlenitul (Ca₂Al[(Si,Al)₂O₇]).

Silicați inelari (ciclosilicați)

Tetraedrii de SiO₄ sunt grupați câte trei patru sau șase, într-o formă de structură inelară, astfel iau naștere:

• [Si₃O₉]^6-
• [Si₄O₁₂]^8-
• [Si₆O₁₈]^12-.

Berilul (Al₂Be₃[Si₆O₁₈]) și mineralele din grupa turmalinei

Lanțuri simple sau duble de inosilicați

De acestă grupă aparțin piroxenii și amfibolii, piroxenii alcătuiesc lanțuri simple într-o singură dimensiune (plan), unde la un atom de oxigen se leagă douăgrupări tetraedrice, raportul Si:O fiind de 1:3 ca de exemplu la diopsid (CaMg[Si₂O₆]).

Amfibolii alcătuiesc de asemenea lanțuri unidimensionale, însă pot apărea și structuri de lanțuri duble raportul Si:O fiind de 4:11, atfel un mineral reprezentativ din grupa amfibolilor fiind Actinolitul (Ca₂(Mg,Fe)₅[(OH)₂|Si₈O₂₂]).

Silicații cu structură stratificată (filosilicații)

La un grad mai înalt de polimerizare se formează filosilicații, unde avem o structură mai complexă pe 2 sau 3 straturi, raportul de Si:O fiind de 2:5. O altă împărțire a cestei grupe fiind după structură și după ionii care se află între tetraedri, astfel spațiul dintre tetraedrii poate fi ocupat ca de exemplu de gruparea (-OH), (-O^-Me⁺) legăturile chimice fiind bipolare sau ionice. De această categorie aparține mica, talcul, serpentina, mineralele argiloase ca vermiculitul. c Un exemplu de mineral cu structură pe 3 straturi este muskovitul„o mică argiloasă” (KAl₂[(OH)₂|AlSi₃O₁₀]) și cu o structură pe două straturi caolinitul (Al₄[(OH)₈|Si₄O₁₀]

Tectosilicații

Silcații din acesată categorie, au legat atomul de oxigen printr-o punte de legătură cu două grupări tetraedrice simultan, astfel ia naștere o structură de schelet tridimensional. Acest tip de structură are formula chimică SiO₂ formula cuarțului. Pentru formarea altor tectosilicați e necesară substituirea siliciului cu aluminiul, urmând o încărcare elecrică cu cationi, luând naștere plagiclazii din grupa feldspatului ca (Albit - Anorthit): (NaAlSi₃O₈ - CaAl₂Si₂O₈). Prin integrarea la temperaturi mai joase a apei în structură ia naștere grupa zeolitului ca de exemplu Natrolith (Na₂[Al₂Si₃O₁₀]*nH₂O).

Silicați amorfi

Exemplu de silicat amorf este opalul cu moleculă integrată de apă (SiO₂.nH₂O). Cochiliile diatomeelor sau radiolarilor au de asemenea silicați cu o structură amorfă.