Et silicat er et salt kombinere det siliciumdioxid SiO 2til andre metaloxider . Den mineral har et silikat sammensætning er også kvalificerede silicater er en familie af meget vigtige mineraler. I mineralogi , polymorfer er silica klassificeres blandt silicater.
Silicater udgør 97 vægtprocent af jordskorpen og over 90 vægtprocent af litosfæren . Der er mange familier:
Silicater er mineraler, hvis skelet i det væsentlige er dannet af tetraeder af silicium og ilt (SiO 4 ) med tilsætning af aluminium , magnesium , jern , calcium , kalium , natrium og andre grundstoffer. I sjældne tilfælde, silicium er ikke tetraedrisk ( koordination 4), men oktaedrisk (koordination 6) som i stishovite SiO 2 eller thaumasite Ca 3 Si (OH) 6 (CO 3 ) (SO 4 ) • 12 H 2 O.
I det simpleste tilfælde, den af neosilicates (orthosilicater), de tetraedre er til stede i strukturen i form af anioner (SiO 4 ) 4-.
SiO 4 tetraeder kan samle et antal iltatomer ved hjørnerne for at danne andre strukturer også af små dimensioner.
Man skelner således de disilikater ( sorosilicates ) kendetegnet ved tilstedeværelsen af anion (Si 2 O 7 ) 6-og cyclosilicates omfatter cykliske anioner, der resulterer fra bindingen af tre, fire eller seks SiO 3 grupper.
Anionerne er forbundet med kationer, som sikrer helhedens elektriske neutralitet.
SiO 4 tetraederkan kombineres til meget store strukturer ( polymerstrukturer ). Disse strukturer er karakteriseret ved lange kovalente kæder -Si-O-Si-O-Si-O-, som kan være endimensionelle eller danne to- eller tredimensionelle netværk .
Polymerstrukturerne er som følger i form af makro- anion ubestemt forlængelse, lineær som i pyroxener , i dobbelt kæder (bånd) i amphiboles , presenninger i phyllosilicater , tredimensional i aluminiumsilicater , såsom feldspat eller i form af en tredimensionel makromolekylær struktur i silica, som kan være krystallinsk eller amorf .
Overfor (og under) de molekylære modeller af makroanioner og krystalliseret silica (Si-atomer i gråt og O i rødt). Formlerne for strukturer er skrevet i overensstemmelse med den specifikation for polymerer:
Makroanioner er ligesom anioner forbundet med kationer, der sikrer helhedens elektriske neutralitet. I det krystalliserede silicamakromolekyle er gentagelsesmotivet en tetraeder, der gentages i alle tre retninger i rummet. De fire oxygen -atomer O ved hjørnerne af en SiO 4 Tetrahedron samles med andre SiO 4 tetraedre . Et O-atom deles mellem to tetraeder, så det tæller som 1/2 O i en tetraeder. Gentagelsesmønsteret skrives derefter SiO 4/2 eller SiO 2 ( ) . Formlen for silica derfor skrives [SiO 2 ] n( ) .
makromolekyle
[SiO 2 ] n
(krystalliseret silica, tredimensionelt - her: kvarts β)
SiO 4 tetrahedron
Struktur af krystalliseret silica (β kvarts)
Indekset n er generelt udeladt i skrivningen [SiO 2 ] n, Og formlen er simpelthen skrevet SiO 2 .
Bemærk
Formlerne for strukturerne kan også være repræsenteret med ladningen af macroanion og ikke den for enheder, for eksempel [SiO 3 ] n 2 n -i stedet for [SiO 3 2- ] n( ) .
Makroanioner kombineres med mineralkationer for at danne uorganiske polymerer .
Proportionerne af ioniske enheder afspejler materiens elektriske neutralitet.
Eksempler
Lineære macroanions [SiO 3 2- ] nassocieres med kationer, såsom Li + , Mg 2+ , Ca 2+ , Al 3+ ioner , til dannelse af pyroxener :
med Mg 2 + -ioner de udgør enstatit med formlen [MgSiO 3 ] n med Ca 2+ og Mg 2+ ioner de udgør diopside med formlen [CaMg (SiO 3 ) 2 ] n med Li + og Al 3+ ioner danner spodumene med formlen [LiAl (SiO 3 ) 2 ] nDisse formler er generelt forenklet ved at udelade indekset n : MgSiO 3, CaMg (SiO 3 ) 2, LiAI (SiO 3 ) 2.
Bemærk
Arrangementet af tetraederne i en lineær makroanion er skiftevis på den ene side og den anden på midterlinjen:
Hvis vi tager dette arrangement i betragtning, knytter gentagelsesmønsteret nu to på hinanden følgende tetraeder. Dens formel er [Si 2 O 6 ] 4-( ) .
Formlerne for de tidligere polymerer bliver:
[Mg 2 Si 2 O 6 ] nfor enstatit . [CaMgSi 2 O 6 ] ntil diopside . [LiAlSi 2 O 6 ] ntil spodumene .Ved at udelade indekset n , er formlerne skrives: Mg 2 Si 2 O 6, CaMgSi 2 O 6, LiAlSi 2 O 6. |}
Silicater kan betragtes som salte af kiselsyrer . Disse salte kombinerer et eller flere kationer af metal til oxyanion af silicium . Afhængigt af Si / O-forholdet skelnes der især mellem:
Den kemiske klassifikation overlapper delvist den strukturelle klassificering. Især er orthosilicater generelt neosilicater , og metasilicater er inosilicater .
Geologer har længe anset silicater kloden som salte af kiselsyre fra opløsningen af siliciumdioxid . De nu ser dem som kemiske bygningsværker som følge af association af oxygen og silicium (eller endog aluminium i tilfælde af aluminosilicater ), danner tetraeder (Si, Al) O 4bundet sammen enten af et eller flere iltatomer eller af kationer (disse, såsom Mg, Fe, Al findes i centre for kvasiregulær octahedra).
Silicater kan klassificeres i henhold til flere kriterier, men de to mest anvendte klassifikationer inden for mineralogi er baseret på sekvensen af tetraeder:
Underkategorierne defineret af disse to kriterier er de samme, og i de fleste tilfælde er slutresultatet også det samme. I tilfælde af aluminosilicater, hvis struktur omfatter tetraeder centreret på andre kationer end silicium og aluminium, afviger imidlertid de to klassifikationer.
Hovedgrupperne af aluminosilikater er:
De væsentligste forskelle mellem Machatski-Bragg topokemiske klassificering og Zoltai topologiske klassifikation er angivet i følgende tabel.
Mineral | Formel | Topokemisk klassificering (Machatski-Bragg) |
Topologisk klassificering (Zoltai) |
Hetero-tetraeder (r) |
---|---|---|---|---|
Petalite | [4] Li [4] Al [4] SiO 4 | phyllo | tecto | Al, Li |
α- eukriptit | [4] Li [4] Al [4] SiO 4 | neso | tecto | Al, Li |
Phenacite | [4] Vær 2 [4] SiO 4 | neso | tecto | Være |
Willemite | [4] Zn 2 [4] SiO 4 | neso | tecto | Zn |
Beryl | [6] Al 2 [4] Vær 3 [4] Si 6 O 18 | cyclo | tecto | Være |
Cordierite | [6] Mg 2 [4] Al 3 [4] (AlSi 5 ) O 18 | cyclo | tecto | Al |
Hemimorfit | [4] Zn 4 [4] Si 2 O 7 (OH) 2 • H 2 O | soro | tecto | Zn |
Melilit | [8] CaNa [4] Al [4] Si 2 O 7 | soro | phyllo | Al |
Sillimanite | [6] Al [4] Al [4] SiO 5 | neso | soro | Al |
Nogle stjerner omgivet af ”kold” circumstellar sag - under den silikat sublimering temperatur , omkring 1500 K - har støvkorn består af silikater. Deres tilstedeværelse afsløres med brede spektrale linjer, der er karakteristiske for silicater, i N- og Q- infrarøde spektrale bånd ved henholdsvis 10 og 20 µm .
Den spektrale profil af disse linier, som afhænger af typen af silikat, geometrien af støvkornene og den yderligere tilstedeværelse af andre forbindelser (f.eks. Is ved mindre end 300 K ), giver indikationer på de fysiske forhold. - kemikalier i de undersøgte miljøer.
Tilstedeværelsen af silikater bekræftes ofte omkring unge stjerner og udviklede stjerner, især i tilvænningsskiver og omstændelige konvolutter. Især silikater er de vigtigste bestanddele af de terrestriske planeter i solsystemet : Venus , Jorden , Mars og i mindre omfang, Mercury .
Vi ved, at klimaet virker på forvitring af klipper, og at der også er tilbagekoblingssløjfer, der får de forvitrede forbindelser til at ændre cyklussen af CO 2 og kulstof i havet og følgelig klimaudviklingen.
Udvaskningen af sten, der er rig på silikater, er steget betydeligt på grund af menneskelig praksis inden for landbrug, skovbrug og arealanvendelsesplanlægning, brand / udbrændthed og mere generelt økologisk transformation af landskaber .
Tilsvarende forværrer fænomenerne sur regn og forsuring af ferskvand lokalt opløsningen af klipper og jord. Disse fænomener bidrager til nedbrydende jord opstrøms, men de bidrager også nedstrøms til dannelsen af carbonatsten i havene og derfor til overførsel af CO 2 fra atmosfæren til litosfæren (" kulstofsink " i dette tilfælde). Ændring af klipper bidrager til kulstofcyklussen, i forbindelse med klimaforandringer har det berettiget produktionen af en litologisk planetarisk kartografi (verdenslitologiske kort) til 6 hovedtyper af sten efter breddegrad, kontinenter og oceanisk dræningsbassin og til 49 store landjordiske vandløbsoplande. Dette kortlægningsarbejde blev kombineret med de modeller, der var tilgængelige på CO 2 -cyklussen for at vurdere mængden af atmosfærisk CO 2, der forbruges af klipper under deres forvitringsproces og for at vurdere alkaliniteten, som floder bringer til havet. Det er blevet vist, at forvitring af klipper har tidligere varierede betydeligt efter de glaciale og interglaciale faser af paleoclimates . Blandt silikatsten synes skifer og basalter at have en stor indflydelse på mængden af CO 2, der pumpes af bjergbestandighedsprocessen.