Polysilikaatit
Ortosilikaatti – ioni, SiO44 –
ortosilikaatti-ioni ei esiinny hyvin erilaisissa mineraaleissa. Se on erittäin vahva emäs, joka ei säily vesiliuoksessa. Luonnossa sitä esiintyy yhdessä happamien kationien kanssa liukenemattomina suoloina.
| |
||
| fenasiitti | Be2SiO4 | & nbsp |
| willemite | Zn2SiO4 | & nbsp |
| Zirkoni | ZrSiO4 | & nbsp |
| granaatti | (M2+) 3(M3+)2 (SiO4) 3 | M2+ = Ca, Mg, Fe M3 + = Al, Cr, Fe |
Oligomeeriset Polysilikaatit
polymeeriset silikaattirakenteet vaativat silloittavia (2-koordinaatteja) oksideja. Jotta silloittavalle hapelle saataisiin tilaa, ”vastaanottavasta” piistä on poistettava oksidi.
disilikaatti-ioni on luonnossa harvinainen. Sitä esiintyy vain harvinaisessa mineraalissa Thortveitite, Sc2Si2O7. Suuremmat rakenteet, kuten trisilikaatti ja tetrasilikaatti, ovat erittäin nopeita.
sykliset Oligomeeriset Polysilikaatit
sen sijaan, että ketjujen päät muodostaisivat pitkiä avoketjurakenteita, ne liittyvät toisiinsa eliminoiden oksidi-ioneja.
metasilikaatti-ioni on tuntemattoman SiO32 – ionin oligomeeri. Näissä rakenteissa jokaisella piillä on kaksi siltaa ja kaksi terminaalista happiatomia. Piiatomia kohden on -2 varaustiheys. Yleisimmät sykliset polysilikaatit ovat sykliset trimeerit (SiO3)36 – ja sykliset heksameerit (SiO3)612-.
syklinen trimeeri esiintyy benitoliittimineraalissa Batissa (Si3O9.
Ketjupoliisikaatit
lineaariset (1-D) polymeerit kaavasta (SiO3)n2n – voidaan muodostaa silloittavien hapetusten avulla. Näissä rakenteissa on varaus -2 per piiatomi. Pyrokseenimineraaleiksi kutsutulla mineraaliryhmällä on tällainen rakenne.
| |
|
| enstatiitti | MgSiO3 |
| diopsiitti | CaMgSi2O6 |
| spodimeeni | LiAlSi2O6 |
| pollusiitti | CsAlSi2O6 |
lineaariset ketjut voivat liittyä vierekkäin, jos oksidi-ioni korvataan toisella silloittavalla happiatomilla. Jos tämä linkitys tapahtuu kussakin ketjussa olevissa vaihtoehtoisissa SiO3-ryhmissä, tuloksena on kaksiketjurakenne (Si4O11)n6n. Tällaisissa rakenteissa happiatomien varaus ja määrä piiatomia kohti vähenee.
Krokidoliitti, asbestimineraali formula_2fe5 (OH) 22, on esimerkki. Tämä mineraali on kuitumainen ja sillä on tulta ja lämpöä kestäviä ominaisuuksia, jotka johtuvat anionin pitkäketjuisesta rakenteesta.
monikiteiset levyt
kun ketjujen side-to-side-sidontaa jatketaan loputtomiin, oksideja poistuu enemmän ja tuloksena on 2-D-polymeeri. Näitä 2-D-polymeerejä kutsutaan levysilikaateiksi ja ne sisältävät n4n – anionin. Tätä rakennetta sisältävät mineraalit pilkkoutuvat helposti ohuiksi levyiksi.
| |
|
| kiille | muskoviitti ja Biotiitti |
| savimineraalit | montmorilloniitti, kaoliniitti, posliinisavi ja vermikuliitti |
| talkki | & nbsp |
| vuolukivi | & nbsp |
| krysotiiliasbesti | & nbsp |
3-D Polymeerisilikaatit
levyt liittyvät 3-D-polymeeriin, kun kaikki oksidi-ionit eliminoituvat (kaikki hapet rakenteessa ovat siltana). Tämä rakenne sisältää varaamatonta oksidia piidioksidi n, joka ei ole enää emäksinen vaan pikemminkin hapan oksidi. Monet tavalliset mineraalit sisältävät tätä rakennetta: kvartsi, piikivi, jaspis, onyks, Ametisti, sitriini, akaatti ja Kalsedoni.
peräkkäiset polymerointivaiheet:
- johtavat O / Si-atomisuhteen peräkkäiseen alenemiseen
- 4:1 ortosilikaatissa
- 2:1 piidioksidissa
asettavat seuraavat mineraalit lisääntyvän polymeroitumisen järjestykseen. Tätä varten lasketaan O / Si-suhde (mitä pienempi suhde, sitä polymeroituneempi rakenne.
- pyrofylliitti, Al2Si4O10 (OH) 2
- gruneriitti, Fe7Si8O22 (OH) 2
- spessartiitti, Mn3Al2Si3O12
- bustamiitti, CaMn (SiO3)2
lasi
kun hapan piidioksidi reagoidaan emäksisten oksidien kanssa hyvin korkeissa lämpötiloissa (~1700 0C) ja jäähdytetään sitten liian nopeasti, jotta polysilikaatti-ionit ehtisivät muodostaa mineraaleissa olevia järjestyksellisiä polysilikaatti-ioneja. Tuloksena muodostuu amorfinen kiinteä aine tai lasi. Laseille on ominaista, että niillä ei ole varmaa jäätymispistettä.
yksinkertainen lasi valmistetaan sulattamalla (sulattamalla) hiekkaa natriumbikarbonaatilla ja kalkkikivellä (emäksisten oksidien Na2O ja Cao lähteet). Tämän prosessin aikana pii-happi-sillat rikkoutuvat.
erikoislasit valmistetaan muuttamalla lasin happamien ja emäksisten oksidien koostumusta.
- Pyrex ™ – lasi kestää epätavallisen hyvin lämpöshokkia. Jotta se 10-25% b2o3, hapan oksidi, on sisällytetty rakenteeseen.
- värilliset lasit sisältävät d-lohkon metallioksideja osana perusoksidikomponenttia
- Strontiumoksidin liittäminen antaa lasille, joka absorboi röntgensäteilyä väritelevisioilla
- kameralinsseissä tarvittavat hienot optiset ominaisuudet saadaan sisällyttämällä La2O3
Lue lisää laseista täältä ja Corning Museumin Lasiresurssisivustolta.
maaperän kemia
sillä, että yhä polymeroituneemmilla monikiteisillä ioneilla on pieneneviä piin varauksia, mikä johtaa emäksisyyden alenemiseen, on merkittäviä seurauksia maaperän kemiassa.
mitä emäksisempi mineraalin polysilikaattianioni on, sitä herkemmin se reagoi heikkojen happojen kanssa ja läpäisee sään.
sadevesi on liuenneen hiilidioksidin vuoksi jossain määrin hapanta myös rikin ja typen oksidien puuttuessa.
ajan kuluessa sadevesi reagoi vähemmän polymeroituneiden silikaattianionien kanssa korvaten oksidi-ionit silloittavalla hapella, jolloin saadaan voimakkaammin polymeroitunutta silikaattia. Oksidit poistuvat vesimolekyyleinä.
sään välivaiheessa on suuria määriä kerrossilikaatteja kuten savea sekä jonkin verran kvartsia. Nämä maaperä on yleensä löytyy lauhkeilla alueilla suojassa ruohoa tai puita. Tällainen maaperä ei ole yhtä hedelmällinen kuin vasta kasteltu aavikko, koska Hapeton kasviravinne K+häviää. Välikerroksen silikaatit voivat edelleen pitää kationeja negatiivisesti varautuneilla pinnoillaan, joita voi vapautua kasvien tarvitessa niitä. Nämä maaperä löytyy vielä melko hedelmällinen maissi ja vehnä vyöt.
Isomorfisessa Substituutiossa
Polysilikaatti-ioneilla on negatiivisia varauksia, jotka on kompensoitava sopivilla kationeilla. Terminaalihypyissä on negatiivisesti varautuneita pintoja, jotka likiarvostelevat negatiivisen varauksen tiiviitä pintoja. Polysilikaatin negatiivisen varauksen neutraloimiseen tarvittavat kationit sijaitsevat ketjujen tai kerrosten välisissä kerroksissa tai 3-D-hilassa olevissa tetraedrisissä tai oktaedrisissa rei ’ issä.
tietyssä monikiteisen aineen muodossa esiintyvien kationien tyypit riippuvat”
- kationien koko
- kationien varaus
koska on olemassa melko monta ionijoukkoa, joilla on sama varaus ja hyvin samankaltainen säteily, ei ole juurikaan syytä suosia yhtä näistä yhteen sovitetuista ionityypeistä toiseen nähden, kun sulan magman jäähtyessä muodostuu mineraali.
esimerkiksi oliviini, jonka ihanteellinen koostumus on Mg2SiO4, voi sisältää vaihtelevia prosentteja Fe2+: n isomorfista tekstitystä (säde 92 pm) yhtä monen MG2+ ionin sijasta (säde 86 pm).
ensimmäinen Isomorfisen Alipisteen periaate
toisen Isomorfisen substituution
isomorfinen substituutio lisää mahdollisten substituutioiden määrää silikaateissa.
esimerkit
- K+voidaan korvata harvinaisilla Rb+-ja Tl+-ioneilla sekä yleinen Ba2+
- Ca2+voidaan korvata Sr2+(132 pm), Na+(116 pm), Y3+(104 pm), La3+ (117 pm) ja kuudennen jakson F-lohko-ioneilla (100-117 pm)
- si4+ voidaan korvata yhteisellä Al3+ – ionilla (67 pm)
useimpien Silikaattimineraalien kationit ovat laajasti substituoituja, mikä tekee useimmille alkuaineille ei-taloudellisia malmeja. On diagonaalisia suhteita elementtejä (erityisesti toisella jaksolla) elementit yksi ryhmä oikealle ja yksi jakso alaspäin taulukossa.
Mitkä seuraavista mineraaleista voivat syntyä isomorfisissa substituutioprosesseissa leusiitissa, K (AlSi2O6)?
- K (YSi2O6)
- Rb (AlSi2O6)
- Ba (BeSi2O6)
- Ba(AlSi2O6)
vihje: isomorfisessa substituutiossa on noudatettava kahta ioniyhdisteiden perusperiaatetta:
- kaikkien kationien kokonaisvarauksen on vastattava kaikkien anionien kokonaisvarausta.
- jotta substituutio olisi isomorfinen, sisään menevien kationien kokonaismäärän on oltava suunnilleen yhtä suuri kuin kaikkien vaihdettavien kationien kokonaisvaraus.