Ein Silikat ist ein Salz, das das Siliziumdioxid SiO 2 kombiniertzu anderen Metalloxiden . Das Mineral hat eine Silikatzusammensetzung. Qualifizierte Silikate sind eine Familie äußerst wichtiger Mineralien. In der Mineralogie werden Polymorphe von Siliciumdioxid unter Silikaten klassifiziert .
Silicate bilden 97 Gewichts-% der Erdkruste , und über 90% des Gewichts der Lithosphäre . Es gibt viele Familien:
Silikate sind Mineralien, deren Gerüst im Wesentlichen aus Tetraedern aus Silizium und Sauerstoff (SiO 4 ) unter Zusatz von Aluminium , Magnesium , Eisen , Calcium , Kalium , Natrium und anderen Elementen besteht. In einigen seltenen Fällen ist Silizium nicht tetraedrisch ( Koordination 4), sondern oktaedrisch (Koordination 6) wie in Stishovit SiO 2 oder Thaumasit Ca 3 Si (OH) 6 (CO 3 ) (SO 4 ) • 12 H 2 O..
Im einfachsten Fall, dem der Neosilikate ( Orthosilikate ), liegen die Tetraeder in Form von Anionen (SiO 4 ) 4- in der Struktur vor..
SiO 4 -Tetraeder kann eine Anzahl von Sauerstoffatomen durch die Eckpunkte bündeln, um andere Strukturen zu bilden, die ebenfalls kleine Dimensionen haben.
Man unterscheidet somit die Disilikate ( Sorosilikate ), die durch die Anwesenheit des Anions (Si 2 O 7 ) 6- gekennzeichnet sind.und Cyclosilikate, die cyclische Anionen umfassen, die aus der Bindung von drei, vier oder sechs SiO 3 -Gruppen resultieren.
Die Anionen sind mit Kationen verbunden, die die elektrische Neutralität des Ganzen gewährleisten.
SiO 4 -Tetraederkann sich zu sehr großen Strukturen ( Polymerstrukturen ) verbinden. Diese Strukturen sind durch lange kovalente Ketten -Si-O-Si-O-Si-O- gekennzeichnet, die eindimensional sein oder zwei- oder dreidimensionale Netzwerke bilden können .
Die Polymerstrukturen sind , wie in der Form folgt Makro- Anion unbegrenzte Verlängerung, linear , wie in dem Pyroxene , in Doppelketten (Bänder) in Amphibole , in ausgewalzt Phyllosilikate , dreidimensionale in den Aluminosilikaten , wie Feldspat oder in Form von eine dreidimensionale makromolekulare Struktur in Siliciumdioxid, die kristallin oder amorph sein kann .
Gegenüber (und darunter) den molekularen Modellen von Makroanionen und kristallisiertem Siliciumdioxid (Si-Atome in Grau und O in Rot). Die Formeln der Strukturen werden gemäß der für Polymere spezifischen Notation geschrieben:
Makroanionen sind wie Anionen mit Kationen verbunden, die die elektrische Neutralität des Ganzen gewährleisten. In dem kristallisierten Silica-Makromolekül ist das Wiederholungsmotiv ein Tetraeder, der sich in alle drei Raumrichtungen wiederholt. Die vier Sauerstoffatome O an den Eckpunkten eines SiO 4 -Tetraeders werden mit anderen SiO 4 -Tetraedern gepoolt . Ein O-Atom wird von zwei Tetraedern geteilt, so dass es in einem Tetraeder als 1/2 O zählt. Das Wiederholungsmuster wird dann SiO 4/2 oder SiO 2 ( ) geschrieben . Die Formel von Siliciumdioxid lautet daher [SiO 2 ] n( ) .
Makromolekül
[SiO 2 ] n
(kristallisierte Kieselsäure, dreidimensional - hier: Quarz β)
SiO 4 -Tetraeder
Struktur von kristallisiertem Siliciumdioxid (β-Quarz)
Der Index n wird in der Schrift [SiO 2 ] n im Allgemeinen weggelassenund die Formel wird einfach SiO 2 geschrieben .
Hinweis
Die Formeln der Strukturen können auch mit der Ladung des Makroanions und nicht mit der der Einheit dargestellt werden, zum Beispiel [SiO 3 ] n 2 n -anstelle von [SiO 3 2- ] n( ) .
Makroanionen verbinden sich mit Mineralkationen zu anorganischen Polymeren .
Die Anteile ionischer Einheiten spiegeln die elektrische Neutralität der Materie wider.
Beispiele
Lineare Makroanionen [SiO 3 2- ] nkombinieren mit Kationen wie Li + , Mg 2+ , Ca 2+ , Al 3+ , um Pyroxene zu bilden :
mit den Mg 2+ -Ionen bilden sie den Enstatit der Formel [MgSiO 3 ] n mit den Ca 2+ - und Mg 2+ -Ionen bilden sie das Diopsid der Formel [CaMg (SiO 3 ) 2 ] n mit Li + - und Al 3+ -Ionen bilden sie Spodumen der Formel [LiAl (SiO 3 ) 2 ] nDiese Formeln werden im Allgemeinen vereinfacht, indem der Index n : MgSiO 3 weggelassen wirdCaMg (SiO 3 ) 2LiAl (SiO 3 ) 2.
Hinweis
Die Anordnung der Tetraeder in einem linearen Makroanion erfolgt abwechselnd auf der einen und der anderen Seite der Mittellinie:
Wenn wir diese Anordnung berücksichtigen, assoziiert das Wiederholungsmuster nun zwei aufeinanderfolgende Tetraeder. Seine Formel lautet [Si 2 O 6 ] 4-( ) .
Die Formeln der vorherigen Polymere werden:
[Mg 2 Si 2 O 6 ] nfür Enstatit . [CaMgSi 2 O 6 ] nfür die Diopside . [LiAlSi 2 O 6 ] nfür Spodumen .Durch Weglassen des Index n werden die Formeln geschrieben: Mg 2 Si 2 O 6CaMgSi 2 O 6LiAlSi 2 O 6. |}
Silikate können als Salze von Kieselsäuren betrachtet werden . Diese Salze kombinieren ein oder mehrere Metallkationen mit dem Oxyanion von Silizium . Je nach Si / O-Verhältnis unterscheidet man insbesondere:
Die chemische Klassifizierung überschneidet sich teilweise mit der strukturellen Klassifizierung. Insbesondere sind Orthosilikate im Allgemeinen Neosilikate und Metasilikate sind Inosilikate .
Geologen sind seit langem die Silikate als Globus als Salze von Kieselsäure aus der Auflösung des Siliciumdioxids . Sie sehen sie nun als chemische Gebäude, die aus der Assoziation von Sauerstoff und Silizium (oder sogar Aluminium im Fall von Aluminosilikaten ) resultieren und Tetraeder (Si, Al) O 4 bildenentweder durch ein oder mehrere Sauerstoffatome oder durch Kationen miteinander verbunden (diese wie Mg, Fe, Al befinden sich in den Zentren quasi-regelmäßiger Oktaeder).
Silikate können nach mehreren Kriterien klassifiziert werden, aber die beiden am häufigsten verwendeten Klassifizierungen in der Mineralogie basieren auf der Reihenfolge der Tetraeder:
Die durch diese beiden Kriterien definierten Unterkategorien sind gleich und in den meisten Fällen ist auch das Endergebnis dasselbe. Im Fall von Aluminosilikaten, deren Struktur Tetraeder umfasst, die auf anderen Kationen als Silizium und Aluminium zentriert sind, unterscheiden sich die beiden Klassifikationen.
Die Hauptgruppen von Aluminosilikaten sind:
Die Hauptunterschiede zwischen der topochemischen Klassifikation nach Machatski-Bragg und der topologischen Klassifikation nach Zoltai sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Mineral | Formel | Topochemische Klassifikation (Machatski-Bragg) |
Topologische Klassifikation (Zoltai) |
Heterotetraeder. |
---|---|---|---|---|
Petalite | [4] Li [4] Al [4] SiO 4 | Phyllo | tecto | Al, Li |
α- eucriptite | [4] Li [4] Al [4] SiO 4 | neso | tecto | Al, Li |
Phenacite | [4] Be 2 [4] SiO 4 | neso | tecto | Sein |
Willemite | [4] Zn 2 [4] SiO 4 | neso | tecto | Zn |
Beryll | [6] Al 2 [4] Be 3 [4] Si 6 O 18 | Cyclo | tecto | Sein |
Cordierit | [6] Mg 2 [4] Al 3 [4] (AlSi 5 ) O 18 | Cyclo | tecto | Al |
Hemimorphit | [4] Zn 4 [4] Si 2 O 7 (OH) 2 · H 2 O. | Soro | tecto | Zn |
Melilite | [8] CaNa [4] Al [4] Si 2 O 7 | Soro | Phyllo | Al |
Sillimanit | [6] Al [4] Al [4] SiO 5 | neso | Soro | Al |
Einige Sterne umgeben von „kalten“ zirkumstellaren Materie - unterhalb der Silikat Sublimation Temperatur , um 1500 K - haben Staubkörner aus Silikaten besteht. Ihre Anwesenheit wird durch ergibt breite Spektrallinien charakteristisch Silikate, in dem N und Q infrarot Spektralbänder , bei 10 und 20 & mgr; m auf.
Das Spektralprofil dieser Linien, das von der Art des Silikats, der Geometrie der Staubkörner und dem zusätzlichen Vorhandensein anderer Verbindungen (z. B. Eis bei weniger als 300 K ) abhängt, gibt Hinweise auf die physikalischen Bedingungen. - Chemikalien der untersuchten Umgebungen.
Das Vorhandensein von Silikaten wird häufig bei jungen Sternen und entwickelten Sternen nachgewiesen, insbesondere bei Akkretionsscheiben und zirkumstellaren Hüllen. Insbesondere Silikate sind die Hauptbestandteile der terrestrischen Planeten des Sonnensystems : Venus , Erde , Mars und in geringerem Maße Merkur .
Wir wissen, dass das Klima auf die Verwitterung von Gesteinen einwirkt und dass es auch Rückkopplungsschleifen gibt, die dazu führen, dass Verwitterungsverbindungen den Kreislauf von CO 2 und Kohlenstoff im Ozean und folglich die Entwicklung des Klimas verändern.
Die Auswaschung von silikatreichen Gesteinen hat aufgrund menschlicher Praktiken in den Bereichen Land- und Forstwirtschaft sowie Landnutzungsplanung, Feuer / Burnout und allgemeiner ökologischer Transformation von Landschaften erheblich zugenommen .
In ähnlicher Weise verschärfen die Phänomene des sauren Regens und der Versauerung des Süßwassers lokal die Auflösung von Gesteinen und Böden. Diese Phänomene tragen dazu bei, die Böden stromaufwärts abzubauen, aber sie tragen auch stromabwärts zur Bildung von Carbonatgesteinen in den Ozeanen und damit zur Übertragung von CO 2 aus der Atmosphäre in die Lithosphäre bei ( in diesem Fall " Kohlenstoffsenke "). Die Veränderung von Gesteinen trägt zum Kohlenstoffkreislauf bei. Im Zusammenhang mit dem Klimawandel wurde die Erstellung einer lithologischen Planetenkartographie (weltlithologische Karte) für 6 Hauptgesteinsarten nach Breitengrad, Kontinenten und ozeanischem Einzugsgebiet sowie für 49 große terrestrische Gebiete gerechtfertigt Flußbecken. Diese Kartierungsarbeiten wurden mit den im CO 2 -Zyklus verfügbaren Modellen gekoppelt , um die Menge an atmosphärischem CO 2 zu bestimmen, die von Gesteinen während ihres Verwitterungsprozesses verbraucht wird, und um die Alkalität zu bewerten, die Flüsse in den Ozean bringen. Es hat sich gezeigt, dass die Verwitterung von Gesteinen in der Vergangenheit je nach glazialer und interglazialer Phase der Paläoklimate erheblich variiert hat . Bei Silikatgesteinen scheinen Schiefer und Basalte einen großen Einfluss auf die Menge an CO 2 zu haben, die durch den Verwitterungsprozess des Grundgesteins gepumpt wird.