Polysilicaten
het Orthosilicaation, SiO44-
het orthosilicaation is niet aanwezig in een grote verscheidenheid aan mineralen. Het is een zeer sterke base die niet zal blijven bestaan in waterige oplossing. In de natuur wordt het gevonden in combinatie met zure kationen in onoplosbare zouten.
| |
||
| phenacite | Be2SiO4 |   |
| willemite | Zn2SiO4 |   |
| zirkoon | ZrSiO4 |   |
| granaat | (M2+)3(M3+)2(SiO4)3 | M2+ = Ca, Mg, Fe M3+ = Al, Cr, Fe |
Oligomere Polysilicates
Polymere silicaat structuren vereisen bridging (2-coördinaat) van oxygens. Om ruimte te maken voor een overbruggende zuurstof, moet een oxide uit het “ontvangende” silicium worden verwijderd.
het disilicaat ion is ongewoon van aard. Het wordt alleen gevonden in het zeldzame mineraal thortveitite, Sc2Si2O7. Grotere structuren zoals trisilicaat en tetrasilicaat zijn extreem tarief.
cyclische oligomere Polysilicaten
in plaats van lange open ketenstructuren te vormen, zullen de uiteinden van de ketens oxide-ionen elimineren.
het Metasilicaation is een oligomeer van het onbekende SiO32-ion. In deze structuren bezit elk silicium twee overbruggende en twee terminale zuurstofatomen. Er is een -2 ladingsdichtheid per siliciumatoom. De meest voorkomende cyclische polysilicaten zijn de cyclische trimers (SiO3)36-en de cyclische hexamers (SiO3)612-.
de cyclische trimer wordt gevonden in het mineraal Benitoiet, BaTi(Si3O9.
Kettingpolysilicaten
Lineaire (1-D) polymeren van de formule (SiO3)n2n – kunnen worden gevormd door het overbruggen van oxygenen. In deze structuren is er een lading van -2 per siliciumatoom. Een groep mineralen genaamd de pyroxeenmineralen hebben dit type structuur.
| |
|
| enstatite | MgSiO3 |
| diopsite | CaMgSi2O6 |
| spodimene | LiAlSi2O6 |
| pollucite | CsAlSi2O6 |
Lineaire ketens kunnen worden gekoppeld side-by-side als een oxide-ion is vervangen door een ander overbruggen van zuurstof atoom. Als deze koppeling plaatsvindt bij alternatieve SiO3 groepen in elke keten, een dubbele keten structuur (Si4O11)n6n-resultaten. In dergelijke structuren is er een vermindering van de lading en het aantal zuurstofatomen per siliciumatoom.
crocidoliet, een asbestmineraal met de formule Na2Fe5 (OH)22, is een voorbeeld. Dit mineraal is vezelig van aard en heeft vuur-en hittebestendige eigenschappen die voortkomen uit de lange kettingstructuur van het anion.
Plaatpolysilicaten
wanneer de zijdelingse koppeling van ketens voor onbepaalde tijd wordt voortgezet, worden meer oxiden geëlimineerd en ontstaat een 2-D-polymeer. Deze 2-D polymeren worden sheetsilicaten genoemd en bevatten het n4n-anion. Mineralen die deze structuur bevatten, worden gemakkelijk gekloofd in dunne platen.
| |
|
| micas | moskoviet en biotite |
| klei mineralen | montmorilloniet, kaolinite, china klei en vermiculiet |
| talk |   |
| speksteen |   |
| chrysotiel asbest |   |
3-D Polymere Silicaten
Vellen zijn gekoppeld aan een 3-D polymeer wanneer de oxide-ionen worden geëlimineerd (alle zuurstof in de structuur overbrugt). Deze structuur bevat ongeladen oxide silica n dat niet langer basisch is, maar eerder een zuur oxide. Veel voorkomende mineralen bevatten deze structuur: kwarts, vuursteen, jaspis, onyx, Amethist, Citrien, Agaat en chalcedoon.
opeenvolgende polymerisatiestappen:
- resulteren in opeenvolgende reductie van de verhouding o / Si-atomen
- 4:1 in orthosilicaat
- 2:1 in siliciumdioxide
plaatsen de volgende mineralen in volgorde van toenemende polymerisatie. Om dit te doen, bereken de o/Si-verhouding (hoe lager de verhouding, hoe meer gepolymeriseerd de structuur.
- pyrophyllite, Al2Si4O10(OH)2
- grunerite, Fe7Si8O22(OH)2
- spessartite, Mn3Al2Si3O12
- bustamite, CaMn(SiO3)2
Glas
Wanneer zure silica is gereageerd met de basic-oxiden bij zeer hoge temperaturen (~1700 0C) en vervolgens gekoeld te snel voor de polysilicate ionen om de fomation van de ordelijke polysilicate ionen gevonden in mineralen te vormen. Het resultaat is vorming van een amorfe vaste stof of glas. Glazen worden gekenmerkt door het hebben van geen bepaald vriespunt.
eenvoudig glas wordt gemaakt door het smelten (smelten) van zand met natriumbicarbonaat en kalksteen (bronnen van de basisoxiden Na2O en CaO). Tijdens dit proces worden silicium-zuurstofbruggen verbroken.
Speciale glazen worden gemaakt door het veranderen van de samenstelling van zure en basische oxiden in het glas.
- Pyrex ™ glas is ongewoon resistent tegen thermische schokken. Om het te maken 10-25% B2O3, een zuur oxide, is opgenomen in de structuur.
- gekleurde glazen bevatten D-Blok metaaloxiden als onderdeel van de basisoxidecomponent
- inbouw van strontiumoxide geeft een glas dat de röntgenstraling absorbeert die wordt uitgestraald door kleurentelevisies
- de fijne optische eigenschappen die nodig zijn voor cameralenzen kunnen worden verkregen door inbouw van La2O3
meer informatie over glazen vindt u hier en op de Glasbronsite van het Corning Museum.
Bodemchemie
het feit dat steeds meer gepolymeriseerde polysilicaationen een dalende lading per silicium hebben, wat resulteert in een verminderde basiciteit, heeft belangrijke gevolgen voor de bodemchemie.
hoe basischer het polysilicaatanion van een mineraal is, des te gemakkelijker het reageert met zwakke zuren en verwering ondergaat.
regenwater is enigszins zuur als gevolg van opgeloste CO2, zelfs in afwezigheid van zwavel-en stikstofoxiden.
na verloop van tijd zal regenwater reageren met de minder gepolymeriseerde silicaatanionen om oxide-ionen te vervangen door overbruggende zuurstof die een meer gepolymeriseerd silicaat oplevert. De oxiden worden verwijderd als watermoleculen.
de tussenfase van verwering heeft grote hoeveelheden laagsilicaten zoals klei en wat kwarts. Deze bodems zijn meestal te vinden in gematigde gebieden onder een dekking van gras of bomen. Dergelijke bodems zijn minder vruchtbaar dan pas geïrrigeerde deser bodems als gevolg van het verlies van de niet-zure plantenvoedingsstof K+. Laagsilicaten aanwezig in tussenliggende bodems kunnen nog steeds kationen vasthouden op hun negatief geladen oppervlakken die kunnen worden vrijgegeven als plant ze nodig heeft. Deze bodems zijn te vinden in de nog vrij vruchtbare maà s-en tarwegordels.
isomorfe substitutie
Polysilicaationen hebben negatieve ladingen die moeten worden gecompenseerd door geschikte kationen. De terminale oxygens bezitten negatief geladen oppervlakken die dichtgepakte oppervlakken van negatieve lading benaderen. De kationen die nodig zijn om de negatieve lading van het polysilicaat te neutraliseren bevinden zich in de lagen tussen de ketens of lagen of in de tetraëdrische of octaëdrische gaten die aanwezig zijn in het 3-D rooster.
De soorten die gevonden zijn in een bepaalde vorm van polysilicate zal afhangen van”
- de grootte van de kationen
- de kosten van de kationen
Sinds een paar sets van ionen bestaan die dezelfde lading en lijkt stralen, is er weinig reden voor een van deze gematchte soorten ionen te verkiezen boven de ander als een mineraal wordt gevormd op de afkoeling van magma.
bijvoorbeeld olivine, die een ideale samenstelling van Mg2SiO4 heeft, kan verschillende percentages van isomorfe substitutie van Fe2+ (straal 92 pm) bevatten in plaats van een gelijk aantal Mg2+ – ionen (straal 86 pm).
eerste beginsel van isomorfe subsidie
tweede deel van isomorfe substitutie
isomorfe substitutie verhoogt het aantal mogelijke substituties in silicaten.
Voorbeelden
- K+kan vervangen worden door de zeldzame Rb+ Tl+ – ionen aan de algemene Ba2+
- Ca2+kan vervangen worden door Sr2+(132 uur), Na+(116 uur), Y3+(104 uur), La3+ (117 uur), en de zesde periode f-blok-ionen (100-117 pm)
- Si4+ kan worden vervangen door de gemeenschappelijke Al3+ – ion (67 pm)
De kationen in de meeste silicaat-mineralen worden op grote schaal vervangen waardoor niet-economische ertsen voor de meeste elementen. Er zijn diagonale relaties van elementen (vooral in de tweede periode) naar de elementen een groep naar rechts en een periode naar beneden op de tafel.
welke van de volgende mineralen kunnen ontstaan door isomorfe substitutieprocessen in leuciet, K(Alsi2o6)?
- K(YSi2O6)
- Rb(Alsi2o6)
- Ba(BeSi2O6)
- Ba (Alsi2o6)
HINT: er zijn twee fundamentele principes van ionverbindingen die in isomorfe substitutie moeten worden nageleefd:
- de totale lading van alle kationen moet gelijk zijn aan de totale lading van alle anionen.
- wil de substitutie isomorf zijn, dan moet het totale aantal ingevoerde kationen ongeveer gelijk zijn aan de totale lading van alle te vervangen kationen.