Minerał krzemianowy

Struktura

Podstawową jednostką strukturalną wszystkich minerałów krzemianowych jest czworościan krzemu, w którym jeden atom krzemu jest otoczony i połączony (tj. Skoordynowany z) cztery atomy tlenu, każdy w rogu regularnego czworościanu. Te tetraedryczne jednostki SiO4 mogą mieć wspólne atomy tlenu i być połączone na różne sposoby, co skutkuje różnymi strukturami. Topologia tych struktur stanowi podstawę klasyfikacji krzemianów. Na przykład nezokrzemiany to minerały, których struktura składa się z niezależnych czworościanów krzemianowych. Sorokrzemiany to minerały krzemianowe składające się z podwójnych grup tetraedrycznych, w których jeden atom tlenu jest wspólny dla dwóch czworościanów. Natomiast cyklokrzemiany są ułożone w pierścienie złożone z trzech, czterech lub sześciu jednostek czworościennych. Inokrzemiany mają strukturę jednołańcuchową, w której każdy czworościan ma wspólne dwa atomy tlenu. Fyllokrzemiany mają strukturę warstwową, w której każdy czworościan dzieli jeden atom tlenu z każdym z trzech innych czworościanów. Tektokrzemiany tworzą trójwymiarową sieć czworościanów, z których każda tetraedryczna jednostka ma wszystkie swoje atomy tlenu.

Szczegóły o sprzężeniu czworościanów stało się znane na początku XX wieku, kiedy dyfrakcja rentgenowska umożliwiła określenie struktury kryształu. Wcześniej klasyfikacja krzemianów opierała się na podobieństwach chemicznych i fizycznych, które często okazały się niejednoznaczne. Chociaż wiele właściwości krzemianowej grupy mineralnej zależy od połączenia czworościennego, równie ważnym czynnikiem jest rodzaj i położenie innych atomów w strukturze.

Minerały krzemianowe można traktować jako trójwymiarowe układy atomów tlenu, które zawierają puste przestrzenie (tj. Miejsca krystalograficzne), do których mogą dostać się różne kationy. Oprócz miejsc tetraedrycznych (4-krotna koordynacja) powszechne są miejsca 6-krotne, 8-krotne i 12-krotne. Istnieje korelacja między rozmiarem kationu (dodatnio naładowanego jonu) a typem miejsca, które może zajmować: im większy kation, tym większa koordynacja, ponieważ duże kationy mają większą powierzchnię, z którą atomy tlenu mogą się stykać. Miejsca czworościenne są zwykle zajęte przez krzem i glin; 6-krotne lokalizacje przez aluminium, żelazo, tytan, magnez, lit, mangan i sód; 8-krotne miejsca przez sód, wapń i potas; i 12-krotnie przez potas. Elementy o podobnej wielkości jonowej często się zastępują. Na przykład jon glinu jest tylko nieznacznie większy niż jon krzemu, co pozwala na zastąpienie krzemu zarówno w miejscach tetraedrycznych, jak i sześciokrotnych.

Redaktorzy Encyclopaedia Britannica