Polisilicații
ionul Ortosilicat, SiO44 –
ionul ortosilicat nu este prezent într-o mare varietate de minerale. Este o bază foarte puternică, care nu va persista în soluție apoasă. În natură se găsește în combinație cu cationi acizi în săruri insolubile.
| |
||
| fenacit | Be2SiO4 | & nbsp |
| willemite | Zn2SiO4 | & nbsp |
| zircon | ZrSiO4 | & nbsp |
| granat | (M2+) 3(M3+) 2(SiO4) 3 | M2+ = Ca, Mg, Fe M3 + = Al, Cr, Fe |
Polisilicații Oligomerici
structurile polimerice de silicat necesită oxigeni de legătură (2-coordonate). Pentru a face loc unui oxigen de legătură, un oxid trebuie îndepărtat din siliciul „primitor”.
ionul disilicat este neobișnuit în natură. Se găsește numai în mineralul rar thortveitite, Sc2Si2O7. Structuri mai mari, cum ar fi trisilicat și tetrasilicat sunt extrem de rata.
Polisilicați oligomeri ciclici
în loc să formeze structuri lungi cu lanț deschis, capetele lanțurilor vor lega eliminarea ionilor de oxid.
ionul metasilicat este un oligomer al ionului sio32 necunoscut. În aceste structuri, fiecare siliciu posedă doi atomi de legătură și doi atomi de oxigen terminali. Există o densitate de încărcare de -2 pe atom de siliciu. Cele mai frecvente polisilicate ciclice sunt trimerii ciclici, (SiO3)36 – și hexamerii ciclici (SiO3)612-.
trimerul ciclic se găsește în mineralul benitoit, BaTi(Si3O9.
Polisilicați cu lanț
polimeri liniari (1-D) cu formula (SiO3)n2n – poate fi format prin oxigeni de punte. În aceste structuri există o încărcătură de -2 pe atom de siliciu. Un grup de minerale numite minerale piroxene au acest tip de structură.
| |
|
| enstatit | MgSiO3 |
| diopsit | CaMgSi2O6 |
| spodimen | LiAlSi2O6 |
| pollucit | CsAlSi2O6 |
lanțurile liniare pot fi legate una lângă alta dacă un ion de oxid este înlocuit cu un alt atom de oxigen de punte. Dacă această legătură are loc la grupuri sio3 alternative din fiecare lanț, rezultă o structură cu lanț dublu (Si4O11)n6n. În astfel de structuri există o reducere a încărcăturii și a numărului de atomi de oxigen pe atom de siliciu.
Crocidolitul, un mineral de azbest cu formula Na2Fe5 (OH)22, este un exemplu. Acest mineral este fibros în natură și are proprietăți rezistente la foc și căldură, care provine din structura cu lanț lung a anionului.
foaie Polisilicate
când legarea laterală a lanțurilor este continuată pe o perioadă nedeterminată, mai mulți oxizi sunt eliminați și rezultă un polimer 2-D. Acești polimeri 2-D se numesc silicați de foi și conțin anionul N4N. Mineralele care conțin această structură sunt ușor despicate în foi subțiri.
| |
|
| micas | muscovit și biotit |
| minerale argiloase | montmorilonit, caolinit, China argilă și vermiculit |
| talc | & nbsp |
| soapstone | & nbsp |
| azbest chrysotil | & nbsp |
3-D silicații polimerici
foile sunt legate într-un polimer 3-D atunci când toți ionii de oxid sunt eliminați (toți oxigenii din structură sunt punte). Această structură conține oxid neîncărcat silice n care nu mai este bazic, ci mai degrabă un oxid acid. Multe minerale comune conțin această structură: cuarț, silex, jaspis, onix, ametist, citrin, agat și calcedonie.
etape succesive de polimerizare:
- au ca rezultat reducerea succesivă a raportului Atomic O / Si
- 4:1 în ortosilicat
- 2:1 în silice
plasați următoarele minerale în ordinea creșterii gradului de polimerizare. Pentru a face acest lucru, calculați raportul O/Si (cu cât raportul este mai mic, cu atât structura este mai polimerizată.
- pirofilit, al2si4o10 (OH)2
- grunerit, Fe7Si8O22 (OH)2
- spessartit, Mn3Al2Si3O12
- bustamit, CaMn (Sio3)2
sticlă
când silica acidă reacționează cu oxizii bazici la temperaturi foarte ridicate (~1700 0C) și apoi se răcește prea rapid pentru ca ionii de polisilicat să permită formarea ionilor polisilicați ordonați găsiți în minerale. Rezultatul este formarea unui solid amorf sau a unei sticle. Ochelarii se caracterizează prin faptul că nu au un punct de îngheț definit.
sticla simplă se realizează prin topirea (topirea) nisipului cu bicarbonat de sodiu și calcar (surse de oxizi bazici Na2O și CaO). În timpul acestui proces, punțile de siliciu-oxigen sunt rupte.
ochelarii de specialitate sunt realizați prin modificarea compoziției oxizilor acizi și bazici din sticlă.
- sticla Pyrex ™ este neobișnuit de rezistentă la șocuri termice. Pentru a face 10-25% B2O3, un oxid acid, este încorporat în structură.
- ochelarii colorați încorporează oxizi metalici din blocul d ca parte a componentei oxidice de bază
- încorporarea oxidului de stronțiu oferă o sticlă care absoarbe razele X emise de televizoarele color
- calitățile optice fine necesare în lentilele camerei pot fi obținute prin încorporarea La2O3
Aflați mai multe despre ochelari aici și la site-ul de resurse de sticlă al Muzeului Corning.
chimia solului
faptul că ionii polisilicați din ce în ce mai polimerizați au sarcini în scădere pe siliciu, ceea ce duce la scăderea bazicității are consecințe importante în chimia solului.
cu cât anionul polisilicat al unui mineral este mai bazic, cu atât va reacționa mai ușor cu acizii slabi și va suferi intemperii.
apa de ploaie este oarecum acidă datorită CO2 dizolvat chiar și în absența oxizilor de sulf și azot.
în timp, apa de ploaie va reacționa cu anionii de silicat mai puțin polimerizați pentru a înlocui ionii de oxid cu oxigenul de legătură, producând un silicat mai puternic polimerizat. Oxizii sunt îndepărtați ca molecule de apă.
stadiul intermediar al intemperiilor are cantități mari de silicați de strat, cum ar fi argila, precum și unele cuarț. Aceste soluri tind să se găsească în regiunile temperate sub o acoperire de iarbă sau copaci. Astfel de soluri sunt mai puțin fertile decât solurile dezeroase nou irigate din cauza pierderii nutrientului vegetal nonacidic K+. Silicații de strat prezenți în solurile intermediare pot ține în continuare cationi pe suprafețele lor încărcate negativ, care pot fi eliberați pe măsură ce plantele au nevoie de ele. Aceste soluri se găsesc în centurile de porumb și grâu încă destul de fertile.
substituție izomorfă
ionii Polisilicați au sarcini negative care trebuie contrabalansate de cationi adecvați. Oxigenii terminali posedă suprafețe încărcate negativ care aproximează suprafețe apropiate de sarcină negativă. Cationii care sunt necesari pentru a neutraliza sarcina negativă a polisilicatului sunt localizați în straturile dintre lanțuri sau straturi sau în găurile tetraedrice sau octaedrice prezente în rețeaua 3-D.
tipurile de cationi găsiți într-o anumită formă de polisilicat vor depinde de”
- dimensiunea cationilor
- sarcina cationilor
deoarece există destul de multe seturi de ioni care au aceeași sarcină și raze foarte similare, există puține motive pentru ca unul dintre aceste tipuri de ioni potrivite să fie preferat față de altul atunci când se formează un mineral la răcirea magmei topite.
de exemplu, olivina, care are o compoziție ideală de Mg2SiO4, poate conține procente variabile de subtituție izomorfă a Fe2+ (raza 92 pm) în locul unui număr egal de ioni Mg2 + (raza 86 pm).
primul principiu al Subsituției izomorfe
al doilea principiu de substituție izomorfă
substituția izomorfă crește numărul de substituții posibile în silicați.
Exemple
- K+poate fi înlocuit cu rari RB+ și Tl+ ioni, precum și comune Ba2+
- Ca2+poate fi înlocuit cu Sr2+(132 pm), Na+(116 pm), Y3+(104 pm), La3+ (117 pm), și a șasea perioadă f-bloc ioni (100-117 pm)
- Si4+ poate fi înlocuit cu ionul comun Al3+ (67 pm)
cationii din majoritatea mineralelor silicate sunt substituiți pe scară largă, ceea ce face minereuri neeconomice pentru majoritatea elementelor. Există relații diagonale ale elementelor (în special în a doua perioadă) cu elementele un grup la dreapta și o perioadă în jos pe masă.
care dintre următoarele minerale ar putea apărea prin procese de substituție izomorfă în leucit, K(AlSi2O6)?
- K(YSi2O6)
- Rb(AlSi2O6)
- Ba(BeSi2O6)
- Ba(AlSi2O6)
sugestie: există două principii fundamentale ale compușilor ionici care trebuie respectate în substituția izomorfă:
- sarcina totală a tuturor cationilor trebuie să fie egală cu sarcina totală a tuturor anionilor.
- pentru ca substituția să fie izomorfă, numărul total de cationi care intră trebuie să fie aproximativ egal cu sarcina totală a tuturor cationilor înlocuiți.