Silicaatmineraal

Structuur

De structurele basiseenheid van alle silicaatmineralen is de siliciumtetraëder waarin een siliciumatoom is omgeven door en gebonden aan (dwz gecoördineerd met) vier zuurstofatomen, elk op de hoek van een regelmatige tetraëder. Deze SiO4-tetraëdrische eenheden kunnen zuurstofatomen delen en op verschillende manieren met elkaar verbonden zijn, wat resulteert in verschillende structuren. De topologie van deze structuren vormt de basis voor silicaatclassificatie. Nesosilicaten zijn bijvoorbeeld mineralen waarvan de structuur bestaat uit onafhankelijke silicaattetraëders. Sorosilicaten zijn silicaatmineralen die bestaan uit dubbele tetraëdrische groepen waarin één zuurstofatoom wordt gedeeld door twee tetraëders. Cyclosilicaten daarentegen zijn gerangschikt in ringen die bestaan uit drie, vier of zes tetraëdrische eenheden. Inosilicaten vertonen een structuur met een enkele keten waarin elke tetraëder twee zuurstofatomen deelt. Fyllosilicaten hebben een plaatstructuur waarin elke tetraëder een zuurstofatoom deelt met elk van de drie andere tetraëders. Tectosilicaten vertonen een driedimensionaal netwerk van tetraëders, waarbij elke tetraëdrische eenheid al zijn zuurstofatomen deelt.

Details van de koppeling van tetraëders werd bekend in het begin van de 20e eeuw toen röntgendiffractie de bepaling van de kristalstructuur mogelijk maakte. Voordien was de classificatie van silicaten gebaseerd op chemische en fysische overeenkomsten, die vaak dubbelzinnig bleken te zijn. Hoewel veel eigenschappen van een silicaatmineraalgroep worden bepaald door tetraëdrische koppeling, is een even belangrijke factor het type en de locatie van andere atomen in de structuur.

Silicaatmineralen kunnen worden gezien als driedimensionale reeksen zuurstofatomen die lege ruimtes bevatten (d.w.z. kristallografische locaties) waar verschillende kationen kunnen binnendringen. Naast de tetraëdrische (4-voudige coördinatie) plaatsen zijn 6-voudige, 8-voudige en 12-voudige plaatsen gebruikelijk. Er bestaat een verband tussen de grootte van een kation (een positief geladen ion) en het type locatie dat het kan innemen: hoe groter het kation, hoe beter de coördinatie, omdat grote kationen meer oppervlak hebben waarmee de zuurstofatomen contact kunnen maken. Tetraëdrische plaatsen worden doorgaans ingenomen door silicium en aluminium; 6-voudige plaatsen door aluminium, ijzer, titanium, magnesium, lithium, mangaan en natrium; 8-voudige plaatsen door natrium, calcium en kalium; en 12-voudige plaatsen door kalium. Elementen met een vergelijkbare ionische grootte vervangen elkaar vaak. Een aluminiumion is bijvoorbeeld slechts iets groter dan een siliciumion, waardoor vervanging van silicium op zowel tetraëdrische als 6-voudige plaatsen mogelijk is.

The Editors of Encyclopaedia Britannica