- Les polysilicates
- L’ion orthosilicate, SiO44 –
- Les polysilicates oligomères
- Polysilicates oligomères cycliques
- Polysilicates en feuille
- 3- Les feuilles de silicates polymères D
- Verre
- Chimie du sol
- Substitution isomorphe
- Premier Principe de Sous-Constitution Isomorphe
- Deuxième principe de Substitution Isomorphe
Les polysilicates
L’ion orthosilicate, SiO44 –
L’ion orthosilicate n’est pas présent dans une grande variété de minéraux. C’est une base très forte qui ne persistera pas en solution aqueuse. Dans la nature, il se trouve en combinaison avec des cations acides dans des sels insolubles.
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| phénacite | Be2SiO4 | & nbsp |
| willémite | Zn2SiO4 | & nbsp |
| zircon | ZrSiO4 | & nbsp |
| grenat | (M2+) 3 (M3+) 2 (SiO4) 3 | M2+ = Ca, Mg, Fe M3+ = Al, Cr, Fe |
Les polysilicates oligomères
Les structures de silicates polymères nécessitent un pontage (coordonnées 2) des oxygènes. Pour faire place à un oxygène de pontage, un oxyde doit être retiré du silicium « récepteur ».
L’ion disilicate est rare dans la nature. On ne le trouve que dans le minéral rare thortvéitite, Sc2Si2O7. Les structures plus grandes telles que le trisilicate et le tétrasilicate sont extrêmement rapides.
Polysilicates oligomères cycliques
Au lieu de former de longues structures à chaînes ouvertes, les extrémités des chaînes se lieront en éliminant les ions oxydes.
L’ion métasilicate est un oligomère de l’ion SiO32-inconnu. Dans ces structures, chaque silicium possède deux atomes de pontage et deux atomes d’oxygène terminaux. Il y a une densité de charge de -2 par atome de silicium. Les polysilicates cycliques les plus courants sont les trimères cycliques (SiO3) 36- et les hexamères cycliques (SiO3) 612-.
Le trimère cyclique se trouve dans le minéral benitoïte, BaTi (Si3O9.
de Polysilicates de formule (SiO3) n2n – peuvent être formés via des oxygènes pontants. Dans ces structures, il y a une charge de -2 par atome de silicium. Un groupe de minéraux appelés minéraux pyroxéniques a ce type de structure.
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| enstatite | MgSiO3 |
| diopsite | CaMgSi2O6 |
| spodimène | LiAlSi2O6 |
| pollucite | CsAlSi2O6 |
Des chaînes linéaires peuvent être liées côte à côte si un ion oxyde est remplacé par un autre atome d’oxygène pontant. Si cette liaison se produit à des groupes SIO3 alternatifs dans chaque chaîne, une structure à double chaîne (Si4O11) n6n- résulte. Dans de telles structures, il y a une réduction de la charge et du nombre d’atomes d’oxygène par atome de silicium.
La crocidolite, un minéral d’amiante de formule Na2Fe5(OH)22, est un exemple. Ce minéral est de nature fibreuse et possède des propriétés de résistance au feu et à la chaleur qui découlent de la structure à longue chaîne de l’anion.
Polysilicates en feuille
Lorsque la liaison côte à côte des chaînes se poursuit indéfiniment, plus d’oxydes sont éliminés et un polymère 2-D en résulte. Ces polymères 2-D sont appelés silicates en feuille et contiennent l’anion n4n. Les minéraux contenant cette structure sont facilement clivés en feuilles minces.
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| micas | muscovite et biotite |
| minéraux argileux | montmorillonite, kaolinite, argile de chine et vermiculite |
| talc | & nbsp |
| stéatite | & nbsp |
| amiante chrysotile | & nbsp |
3- Les feuilles de silicates polymères D
sont liées en un polymère 3-D lorsque tous les ions oxydes sont éliminés (tous les oxygènes dans la structure sont des ponts). Cette structure contient de l’oxyde de silice n non chargé qui n’est plus basique mais plutôt un oxyde acide. De nombreux minéraux communs contiennent cette structure: quartz, silex, jaspe, onyx, améthyste, citrine, agate et calcédoine.
Étapes successives de polymérisation :
- Entraînent une réduction successive du rapport atome O/Si
- 4:1 en orthosilicate
- 2:1 dans la silice
Placez les minéraux suivants par ordre de degré croissant de polymérisation. Pour ce faire, calculez le rapport O / Si (plus le rapport est bas, plus la structure est polymérisée.
- pyrophyllite, Al2Si4O10 (OH) 2
- grunérite, Fe7Si8O22 (OH) 2
- spessartite, Mn3Al2Si3O12
- bustamite, CaMn (SiO3)2
Verre
Lorsque de la silice acide est mise à réagir avec des oxydes basiques à des températures très élevées (~ 1700 0C), puis refroidie trop rapidement pour que les ions polysilicates puissent se former pour permettre la fomation des ions polysilicates ordonnés présents dans les minéraux. Le résultat est la formation d’un solide amorphe ou d’un verre. Les verres sont caractérisés par l’absence de point de congélation défini.
Le verre simple est fabriqué par fusion (fusion) de sable avec du bicarbonate de sodium et du calcaire (sources des oxydes basiques Na2O et CaO). Au cours de ce processus, les ponts silicium-oxygène sont brisés.
Les verres spéciaux sont fabriqués en modifiant la composition des oxydes acides et basiques du verre.
- Le verre Pyrex(tm) est exceptionnellement résistant aux chocs thermiques. Pour en faire 10-25% de B2O3, un oxyde acide, est incorporé dans la structure.
- Les verres colorés incorporent des oxydes métalliques du bloc d dans le composant oxyde de base
- L’incorporation d’oxyde de strontium donne un verre qui absorbe les rayons X émis par les téléviseurs couleur
- Les qualités optiques fines nécessaires aux objectifs de caméra peuvent être obtenues par incorporation de La2O3
En savoir plus sur les verres ici et sur le site Glass Resource du musée Corning.
Chimie du sol
Le fait que les ions polysilicates de plus en plus polymérisés ont des charges décroissantes par silicium, ce qui entraîne une basicité réduite, a des conséquences importantes sur la chimie du sol.
Plus l’anion polysilicaté d’un minéral est basique, plus il réagira facilement avec les acides faibles et subira une altération.
L’eau de pluie est quelque peu acide en raison du CO2 dissous, même en l’absence d’oxydes de soufre et d’azote.
Au fil du temps, l’eau de pluie réagira avec les anions de silicate moins polymérisés pour remplacer les ions oxydes par de l’oxygène pontant donnant un silicate plus fortement polymérisé. Les oxydes sont éliminés sous forme de molécules d’eau.
L’étape intermédiaire de l’altération comporte de grandes quantités de silicates de couche tels que l’argile ainsi qu’un peu de quartz. Ces sols ont tendance à se trouver dans les régions tempérées sous une couverture d’herbe ou d’arbres. Ces sols sont moins fertiles que les sols déser nouvellement irrigués en raison de la perte du nutriment végétal non acide K +. Les silicates de couche présents dans les sols intermédiaires peuvent encore contenir des cations sur leurs surfaces chargées négativement qui peuvent être libérés lorsque les plantes en ont besoin. Ces sols se trouvent dans les ceintures de maïs et de blé encore assez fertiles.
Substitution isomorphe
Les ions polysilicates ont des charges négatives qui doivent être contrebalancées par des cations appropriés. Les oxygènes terminaux possèdent des surfaces chargées négativement qui se rapprochent des surfaces fermées de charge négative. Les cations nécessaires pour neutraliser la charge négative du polysilicate sont situés dans les couches entre les chaînes ou les couches ou dans les trous tétraédriques ou octaédriques présents dans le réseau 3D.
Les types de cations trouvés dans une forme particulière de polysilicate dépendront de «
- la taille des cations
- la charge des cations
Étant donné qu’il existe de nombreux ensembles d’ions ayant la même charge et des rayons très similaires, il n’y a guère de raison pour qu’un de ces types d’ions appariés soit préféré à un autre lorsqu’un minéral se forme lors du refroidissement du magma fondu.
Par exemple, l’olivine, qui a une composition idéale de Mg2SiO4, peut contenir des pourcentages variables de sous-constitution isomorphe de Fe2+ (rayon 92 pm) à la place d’un nombre égal d’ions Mg2+ (rayon 86 pm).
Premier Principe de Sous-Constitution Isomorphe
Deuxième principe de Substitution Isomorphe
La substitution isomorphe augmente le nombre de substitutions possibles dans les silicates.
Exemples
- K+ peut être remplacé par les rares ions Rb+ et Tl+ ainsi que le Ba2+ commun
- Ca2+ peut être remplacé par Sr2+ (132 pm), Na+ (116 pm), Y3+ (104 pm), La3+ (117 pm) et les ions du bloc f de sixième période (100-117 pm)
- Si4+ peut être remplacé par l’ion Al3 + commun (67 pm)
Les cations de la plupart des minéraux silicatés sont largement substitués, ce qui fait des minerais non économiques pour la plupart des éléments. Il existe des relations diagonales des éléments (en particulier dans la deuxième période) avec les éléments un groupe à droite et une période vers le bas sur la table.
Lequel des minéraux suivants pourrait survenir par des processus de substitution isomorphes dans la leucite, K (AlSi2O6)?
- K(YSi2O6)
- Rb (AlSi2O6)
- Ba (BeSi2O6)
- Ba (AlSi2O6)
ASTUCE: Il existe deux principes fondamentaux des composés ioniques qui doivent être observés dans la substitution isomorphe:
- La charge totale de tous les cations doit être égale à la charge totale de tous les anions.
- Pour que la substitution soit isomorphe, le nombre total de cations entrant doit être approximativement égal à la charge totale de tous les cations remplacés.