Silicat

Un silicat este o sare care combină dioxidul de siliciu SiO 2la alți oxizi metalici . Mineral are o compoziție de silicat de asemenea , sunt silicații calificați sunt o familie de minerale extrem de importante. În mineralogie , polimorfii de silice sunt clasificați printre silicați.

Silicații constituie 97  % în greutate din scoarța terestră , și peste 90% în greutate din litosferei . Există multe familii:

Structura silicaților

Silicații sunt minerale al căror schelet este format în esență din tetraedre de siliciu și oxigen (SiO 4 ) cu adaos de aluminiu , magneziu , fier , calciu , potasiu , sodiu și alte elemente. În unele cazuri rare, siliciul nu este tetraedric ( coordonarea 4), ci octaedric (coordonarea 6) ca în stishovit SiO 2 sau taumazit Ca 3 Si (OH) 6 (CO 3 ) (SO 4 ) • 12 H 2 O.

Structuri de dimensiuni mici

În cel mai simplu caz, cel al neosilicaților (ortosilicați), tetraedrele sunt prezente în structură sub formă de anioni (SiO 4 ) 4-.

SiO 4 tetraedre poate grupa un număr de atomi de oxigen de vârfuri pentru a forma alte structuri, de asemenea, de dimensiuni mici.

Se disting astfel disilicații ( sorosilicații ) caracterizați prin prezența anionului (Si 2 O 7 ) 6-și cyclosilicates conținând anioni ciclici , care rezultă din corelarea a trei, patru sau șase SiO 3 grupe.

Anionii sunt asociați cu cationi care asigură neutralitatea electrică a întregului.

Structuri polimerice

SiO 4 tetraedrese pot combina pentru a forma structuri foarte mari (structuri polimerice ). Aceste structuri sunt caracterizate prin lanțuri covalente lungi -Si-O-Si-O-Si-O- , care poate fi unidimensională sau formează două sau tridimensionale rețele .

Structurile polimerice sunt după cum urmează sub formă de extensie nedeterminată macro- anionică , liniară ca la piroxeni , în lanțuri duble (benzi) în amfiboli , în foi în filosilicați , tridimensionale în aluminosilicați , cum ar fi feldspatii sau sub formă de o structură macromoleculară tridimensională în silice care poate fi cristalină sau amorfă .

Opus (și mai jos) modelele moleculare ale macroanionilor și silicei cristalizate (atomi de Si în gri și O în roșu). Formulele structurilor sunt scrise conform notației specifice polimerilor:

[ model ] n  : n (foarte mare) = numărul de modele

Macroanionii, ca și anionii, sunt asociați cu cationi care asigură neutralitatea electrică a întregului. În macromolecula de silice cristalizată, motivul de repetare este un tetraedru care se repetă în toate cele trei direcții în spațiu. Cele patru oxigen atomii O la nodurile unei SiO 4 tetraedru sunt reunite cu alte SiO 4 tetraedre . Un atom de O este împărțit între doi tetraedri, deci contează ca 1/2 O într-un tetraedru. Modelul de repetare este apoi scris SiO 4/2 sau SiO 2 ( ) . Ca urmare, formula de silice este scris [SiO 2 ] n( ) .

Indicele n este, în general, omis în scrierea [SiO 2 ] n, Iar formula este pur și simplu scris SiO 2 .

Notă

Formulele structurilor pot fi reprezentate și cu sarcina macroanionului și nu cu cea a unității, de exemplu [SiO 3 ] n 2 n -în loc de [SiO 3 2- ] n( ) .

Formule de silicat de polimeri

Macroanionii se combină cu cationi minerali pentru a forma polimeri anorganici .

Proporțiile entităților ionice reflectă neutralitatea electrică a materiei.

Exemple

Macroanioni liniari [SiO 3 2- ] nse asociază cu cationi precum Li + , Mg 2+ , Ca 2+ , Al 3+ ioni , pentru a forma piroxeni  :

cu ionii Mg 2+ formează enstatita cu formula [MgSiO 3 ] n cu ionii Ca 2+ și Mg 2+ formează diopsida cu formula [CaMg (SiO 3 ) 2 ] n cu ioni Li + și Al 3+ formează spodumen cu formula [LiAl (SiO 3 ) 2 ] n

Aceste formule sunt în general simplificate prin omiterea indicelui n  : MgSiO 3, CaMg (SiO 3 ) 2, LiAI (SiO 3 ) 2.

Notă

Aranjamentul tetraedrelor într-un macroanion liniar este alternativ pe o parte și pe cealaltă a liniei medii:

Silicate-chain-3D-polyhedra.png

Dacă luăm în considerare acest aranjament, modelul de repetare asociază acum două tetraedre consecutive. Formula sa este [Si 2 O 6 ] 4-( ) .

Formulele polimerilor anteriori devin:

[Mg 2 Si 2 O 6 ] npentru enstatite . [CaMgSi 2 O 6 ] npentru diopsid . [LiAlSi 2 O 6 ] npentru spodumen .

Prin omiterea indicelui n , se scriu formulele: Mg 2 Si 2 O 6, CaMgSi 2 O 6, LiAlSi 2 O 6. |}

Clasificarea silicaților

Clasificarea chimică

Silicații pot fi considerați ca săruri ale acizilor silicici . Aceste săruri combină unul sau mai mulți cationi de metal la oxianion de siliciu . În funcție de raportul Si / O, distingem în special:

Clasificarea chimică se suprapune parțial cu clasificarea structurală. În special, ortosilicații sunt în general neosilicați , iar metasilicații sunt inosilicați .

Clasificare mineralogică și structurală

Geologii au considerat mult timp silicati glob ca săruri ale acidului silicic de dizolvare a dioxidului de siliciu . Îi văd acum ca edificii chimice rezultate din asocierea oxigenului și siliciu (sau chiar aluminiu în cazul aluminosilicaților ), formând tetraedre (Si, Al) O 4legate între ele fie de unul sau mai mulți atomi de oxigen, fie de cationi (aceștia, cum ar fi Mg, Fe, Al se găsesc în centrele octaedrelor cvasi-regulate).

Silicații pot fi clasificați în funcție de mai multe criterii, dar cele mai utilizate două clasificări în mineralogie se bazează pe secvența tetraedrelor:

Subcategoriile definite de aceste două criterii sunt aceleași și, în majoritatea cazurilor, rezultatul final este, de asemenea, același. Cu toate acestea, în cazul aluminosilicaților a căror structură cuprinde tetraedre centrate pe cationi diferiți de siliciu și aluminiu, cele două clasificări diferă.

Principalele grupe de aluminosilicați sunt:

Principalele diferențe dintre clasificarea topochimică Machatski-Bragg și clasificarea topologică Zoltai sunt date în tabelul următor.

Exemple de diferență între cele două clasificări ale aluminosilicaților. [4] , [6] și [8] indică coordonarea cationilor.
Mineral Formulă
Clasificare topochimică (Machatski-Bragg)		 Clasificare topologică
(Zoltai)		 Hetero-tetraedru (s)
Petalită [4] Li [4] Al [4] SiO 4 filo tecto Al, Li
α- eucriptit [4] Li [4] Al [4] SiO 4 neso tecto Al, Li
Fenacit [4] Be 2 [4] SiO 4 neso tecto Fi
Willemite [4] Zn 2 [4] SiO 4 neso tecto Zn
Beril [6] Al 2 [4] Fii 3 [4] Si 6 O 18 ciclo tecto Fi
Cordierit [6] Mg 2 [4] Al 3 [4] (AlSi 5 ) O 18 ciclo tecto Al
Hemimorfita [4] Zn 4 [4] Si 2 O 7 (OH) 2 • H 2 O soro tecto Zn
Melilita [8] CaNa [4] Al [4] Si 2 O 7 soro filo Al
Silimanit [6] Al [4] Al [4] SiO 5 neso soro Al

Silicații în astronomie

Unele stele înconjurate de materie circumstelară „rece” - sub temperatura de sublimare a silicatului, în jur de 1.500  K - au boabe de praf formate din silicați. Prezența lor este dezvăluită de linii spectrale largi caracteristice silicaților, în benzile spectrale cu infraroșu N și Q, la 10 și respectiv 20  µm .

Profilul spectral al acestor linii, care depinde de tipul de silicat, geometria boabelor de praf și prezența suplimentară a altor compuși ( de exemplu gheață la mai puțin de 300  K ), dă indicații asupra fizice condiții. - chimice ale studiat medii.

Prezența silicaților este frecvent atestată în jurul stelelor tinere și a stelelor evoluate, în special în discurile de acumulare și în plicurile circumstelare. În special, silicații sunt principalii constituenți ai planetelor terestre ale sistemului solar  : Venus , Pământ , Marte și, într-o măsură mai mică, Mercur .

Importanța și modelarea biogeochimică

Știm că clima acționează asupra intemperiilor rocilor și că există și bucle de feedback care determină compușii meteorici să modifice ciclul de CO 2 și carbon în ocean și, în consecință, evoluția climei.

Levigarea rocilor bogate în silicați a crescut considerabil datorită practicilor umane de agricultură, silvicultură și amenajării teritoriului, focului / arderii și, mai general, transformării ecologice a peisajelor .
În mod similar, fenomenele de ploaie acidă și acidificarea apei dulci exacerbează local dizolvarea rocilor și a solurilor. Aceste fenomene contribuie la degradarea solurilor din amonte, dar contribuie și în aval la formarea rocilor carbonatice în oceane și, prin urmare, la transferul de CO 2 din atmosferă în litosferă („  chiuveta de carbon  ” în acest caz). Modificarea rocilor contribuie la ciclul carbonului, în contextul schimbărilor climatice, a justificat producerea unei cartografii planetare litologice (hartă litologică mondială) pentru 6 tipuri majore de roci după latitudine, continente și bazinul de drenaj oceanic și pentru 49 mari terestre. bazine hidrografice. Această lucrare de cartografiere a fost cuplată cu modelele disponibile pe ciclul de CO 2 pentru a evalua cantitatea de CO 2 atmosferică consumată de roci în timpul procesului de alterare și pentru a evalua alcalinitatea adusă de râuri în ocean. Sa demonstrat că rocilor în trecut a variat considerabil în funcție de glaciare și interglaciare faze ale paleoclimates . Printre rocile silicatice, șisturile și bazaltele par să joace o influență majoră asupra cantității de CO 2 pompată de procesul de alterare a rocii de bază.

Note și referințe

  1. Valorile numerice sunt cele ale cuarțului α
  2. SiO 4 tetraedrenu împărțiți margini sau fețe; sursa: Maurice Bernard, op. cit. , p. 259.
  3. Maurice Bernard, Cours de chimie minérale , ed. A 2 - a, Éditions Dunod , 1994 ( ISBN  2 10 002067 6 ) , p.  262-263 .
  4. Raymond Quélet, chimie Accurate, Volumul 1 - Chimie generală , 9 th ed. Presses Universitaires de France , 1966, p.  188 .
  5. Huheey, Keiter și colab. , op. cit. , p.  742, 743 - Prezentare online - Citiți online
  6. Jean-Pierre Mercier și colab. , op. cit. , p.  95, 96 - Prezentare online - Citiți online .
  7. Jacques Angenault, op. cit. , p.  510 .
  8. Jacques Bersani, Louis Lecomte, Antoinette Bernard și colab., Encyclopaedia universalis. Reologie - silicați , Encyclopaedia universalis Franța,1996, p.  1088
  9. Amiotte Suchet, P., Probst, JL și Ludwig, W. (2003) Distribuție mondială a litologiei roci continentale: Implicații pentru absorbția atmosferică / a solului de CO 2 prin degradarea continentală și transportul fluvial de alcalinitate către oceane . Cicluri biogeochimice globale, 17 (2)
  10. Suchet, PA și Probst, JL (1995). model global pentru consumul actual de CO 2 atmosferic / sol din eroziunea chimică a rocilor continentale (GEM - CO 2 ) . Tellus B, 47 (1-2), 273-280.
  11. Berner, RA, AC Lasaga și RM Garrels, Ciclul geochimic carbonat-silicat și efectul său asupra dioxidului de carbon atmosferic din ultimii 100 de milioane de ani, Am. J. Sci., 283, 641-683, 1983.
  12. Meybeck, M., Meteorizarea chimică globală a rocilor superficiale din râu Sarcini dizolvate estimate, Am. J. Sci., 287, 401-428, 1987.
  13. Amiotte Suchet, P. și JL Probst, flux atmosferic de CO 2 consumat de intemperii chimice continentale: Influența naturii rocii, CR Acad. Ști., Ser. II, 317, 615–622, 1993
  14. Amiotte Suchet, P. și JL Probst, Modelarea consumului atmosferic de CO 2 prin degradarea chimică a rocilor: Aplicare în bazinele Garonne, Congo și Amazon, Chem. Geol., 107, 205–210, 1993
  15. Amiotte Suchet, P., și JL Probst, un model global pentru ziua de azi / atmosferic sol CO 2 consum prin eroziune chimică a rocilor continentale (GEM-CO 2 ), Tellus, Ser. B, 47, 273-280, 1995.
  16. Ludwig, W., P. Amiotte Suchet și JL Probst (1999) Meteorizare chimică îmbunătățită a rocilor în timpul ultimului maxim glaciar: o chiuvetă de CO 2 atmosferic ? Chem. Geol., 159, 147–151.
  17. Dessert, C., Dupré, B., Gaillardet, J., François, LM și Allegre, CJ (2003). Legile intemperiilor bazaltice și impactul intemperiilor bazaltice asupra ciclului global al carbonului . Chemical Geology, 202 (3), 257-273.

Bibliografie

Structura silicaților

Vezi și tu

Articole similare

linkuri externe