Polysilikate
Das Orthosilikat-Ion, SiO44 –
Das Orthosilikat-Ion ist in einer Vielzahl von Mineralien nicht vorhanden. Es ist eine sehr starke Basis, die in wässriger Lösung nicht bestehen bleibt. In der Natur kommt es in Kombination mit sauren Kationen in unlöslichen Salzen vor.
Oligomere Polysilikate
Polymere Silikatstrukturen erfordern eine Überbrückung (2-Koordinaten -) Oxygene. Um Platz für eine Überbrückung von Sauerstoff zu schaffen, muss ein Oxid aus dem „empfangenden“ Silizium entfernt werden.
Die disilikat-ion ist selten in der Natur., Es kommt nur im seltenen Mineral Thortveit vor, Sc2Si2O7. Größere Strukturen wie Trisilikat und Tetrasilikat sind extrem selten.
Zyklische oligomere Polysilikate
Anstatt lange offene Kettenstrukturen zu bilden, verbinden sich die Enden der Ketten mit Oxidionen.
Das Metasilikat – Ion ist ein Oligomer des unbekannten SiO32-Ions. In diesen Strukturen besitzt jedes Silizium zwei Überbrückungs-und zwei terminale Sauerstoffatome. Es gibt eine -2 Ladungsdichte pro Siliziumatom., Die häufigsten zyklischen Polysilikate sind die zyklischen Trimer (SiO3)36-und die zyklischen Hexamer (SiO3)612-.
Der zyklische Trimer findet sich im Mineral Benitoit, BaTi(Si3O9.
Kettenpolysilikate
Lineare (1-D) Polymere der Formel (SiO3)n2n – können über Brückenoxygene gebildet werden. In diesen Strukturen gibt es eine Ladung von -2 pro Siliziumatom., A group of minerals called the pyroxene minerals have this type of structure.
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| enstatite | MgSiO3 |
| diopsite | CaMgSi2O6 |
| spodimene | LiAlSi2O6 |
| pollucite | CsAlSi2O6 |
Linear chains may be linked side-by-side if an oxide ion is replaced with another bridging oxygen atom., Tritt diese Verknüpfung bei abwechselnden SiO3-Gruppen in jeder Kette auf, ergibt sich eine Doppelkettenstruktur (Si4O11)n6n-Ergebnisse. In solchen Strukturen gibt es eine Verringerung der Ladung und Anzahl der Sauerstoffatome pro Siliziumatom.
Crocidolite, ein Asbestmineral der Formel Na2Fe5 (OH)22, ist ein Beispiel. Dieses Mineral ist faserig in der Natur und hat feuer-und hitzebeständige Eigenschaften, die aus der langkettigen Struktur des Anions stammt.
Blattpolysilikate
Wenn die seitliche Verknüpfung von Ketten auf unbestimmte Zeit fortgesetzt wird, werden mehr Oxide eliminiert und ein 2D-Polymer entsteht., Diese 2-D-Polymere werden Blattsilikate genannt und enthalten das n4n – Anion. Mineralien, die diese Struktur enthalten, werden leicht in dünne Platten gespalten.,
china clay and vermiculite
3-D Polymeric Silicates
Sheets are linked into a 3-D polymer when all the oxide ions are eliminated (all oxygens in the structure are bridging)., Diese Struktur enthält ungeladenes Oxid Silica n, das nicht mehr basisch, sondern ein saures Oxid ist. Viele gebräuchliche Mineralien enthalten diese Struktur: Quarz, Feuerstein, Jaspis, Onyx, Amethyst, Citrin, Achat und Chalcedon.,
Aufeinanderfolgende Polymerisationsschritte:
- Führen zu einer sukzessiven Reduktion des O/Si-Atom-Verhältnisses
- 4:1 in Orthosilicat
- 2:1 in Silica
Platzieren Sie die folgenden Mineralien in der Reihenfolge des zunehmenden Polymerisationsgrades., Berechnen Sie dazu das O / Si-Verhältnis (je niedriger das Verhältnis, desto polymerisierter die Struktur.
- pyrophyllite, Al2Si4O10(OH)2
- grunerite, Fe7Si8O22(OH)2
- spessartite, Mn3Al2Si3O12
- bustamite, CaMn(SiO3)2
Glass
When saures Siliciumdioxid wird mit basischen Oxiden bei sehr hohen Temperaturen (~1700 0C) reagiert und dann zu schnell abgekühlt, damit sich die Polysilikat-Ionen bilden können. Das Ergebnis ist die Bildung eines amorphen Feststoffs oder Glases., Gläser zeichnen sich dadurch aus, dass sie keinen bestimmten Gefrierpunkt haben.
Einfaches Glas wird durch Schmelzen (Verschmelzen) Sand mit Natriumbicarbonat und Kalkstein (Quellen der basischen Oxide Na2O und CaO) hergestellt. Während dieses Prozesses werden Silizium-Sauerstoff-Brücken gebrochen.
Spezialgläser werden durch Veränderung der Zusammensetzung von sauren und basischen Oxiden im Glas hergestellt.
- Pyrex ™ Glas ist ungewöhnlich widerstandsfähig gegen Wärmeschock. Um es 10-25% B2O3 zu machen, wird ein saures Oxid in die Struktur eingebaut.,
- Farbige Gläser enthalten d-Block-Metalloxide als Teil der Basisoxidkomponente
- Die Einarbeitung von Strontiumoxid ergibt ein Glas, das die von Farbfernsehgeräten emittierten Röntgenstrahlen absorbiert
- Die feinen optischen Eigenschaften, die in Kameraobjektiven benötigt werden, können durch die Einarbeitung von La2O3
erhalten werden Erfahren Sie hier und auf der Website des Corning Museums für Glasressourcen mehr über Gläser.
Bodenchemie
Die Tatsache, dass zunehmend polymerisierte Polysilikat-Ionen abnehmende Ladungen pro Silizium aufweisen, was zu einer verminderten Basizität führt, hat wichtige Folgen für die Bodenchemie.,
Je basischer das Polysilikatanion eines Minerals ist, desto leichter reagiert es mit schwachen Säuren und wird verwittert.
Regenwasser ist durch gelöstes CO2 auch in Abwesenheit von Schwefel und Stickoxiden etwas sauer.
Im Laufe der Zeit wird Regenwasser mit den weniger polymerisierten Silikatanionen reagieren, um Oxidionen durch überbrückenden Sauerstoff zu ersetzen, der ein stärker polymerisiertes Silikat ergibt. Die Oxide werden als Wassermoleküle entfernt.,
Die Zwischenstufe der Verwitterung hat große Mengen an Schichtsilikaten wie Ton sowie einige Quarz. Diese Böden neigen dazu, in gemäßigten Regionen unter einer Abdeckung von Gras oder Bäumen zu finden. Solche Böden sind aufgrund des Verlustes des nichtsauridischen Pflanzennährstoffs K+weniger fruchtbar als neu bewässerte Wüstenböden., Schichtsilikate, die in Zwischenböden vorhanden sind, können immer noch Kationen auf ihren negativ geladenen Oberflächen halten, die bei Bedarf der Pflanze freigesetzt werden können. Diese Böden finden sich in den noch recht fruchtbaren Mais-und Weizengürteln.
Isomorphe Substitution
Polysilikat-Ionen haben negative Ladungen, die durch entsprechende Kationen ausgeglichen werden müssen. Die terminalen Oxygene besitzen negativ geladene Oberflächen, die nahe gepackte Oberflächen negativer Ladung annähern., Die Kationen, die benötigt werden, um die negative Ladung des Polysilikats zu neutralisieren, befinden sich in den Schichten zwischen den Ketten oder Schichten oder in den tetraedrischen oder oktaedrischen Löchern, die im 3-D-Gitter vorhanden sind.
Die Arten von Kationen, die in einer bestimmten Form von Polysilikat gefunden werden, hängen von“
- der Größe der Kationen
- der Ladung der Kationen
ab Da einige Sätze von Ionen existieren, die die gleiche Ladung und sehr ähnliche Radien haben, gibt es wenig Grund, eine dieser übereinstimmenden Arten von Ionen einer anderen vorzuziehen, wenn ein Mineral bei der Abkühlung von geschmolzenem Magma gebildet wird.,
Zum Beispiel kann Olivin, das eine ideale Zusammensetzung von Mg2SiO4 aufweist, unterschiedliche Prozentsätze der isomorphen Verdünnung von Fe2+ (Radius 92 pm) anstelle einer gleichen Anzahl von Mg2+ – Ionen (Radius 86 pm) enthalten.
Erstes Prinzip der isomorphen Unterteilung
Zweites Prinzip der isomorphen Substitution
Isomorphe Substitution erhöht die Anzahl der möglichen Substitutionen in Silikaten.
ExamplesThe Kationen in den meisten Silikatmineralien werden weitgehend ersetzt, die nicht-wirtschaftlichen Erze für die meisten Elemente macht., Es gibt diagonale Beziehungen von Elementen (insbesondere in der zweiten Periode) zu den Elementen eine Gruppe nach rechts und eine Periode nach unten auf der Tabelle.
Welches der folgenden Mineralien könnte durch isomorphe Substitutionsprozesse in Leuzit, K(AlSi2O6) entstehen?,
- K(YSi2O6)
- Rb(AlSi2O6)
- Ba(BeSi2O6)
- Ba (AlSi2O6)
HINWEIS: Es gibt zwei Grundprinzipien ionischer Verbindungen, die bei der isomorphen Substitution beachtet werden müssen:
- Die Gesamtladung aller Kationen muss der Gesamtladung aller Anionen entsprechen.
- Damit die Substitution isomorph ist, muss die Gesamtzahl der eingeleiteten Kationen ungefähr der Gesamtladung aller ersetzten Kationen entsprechen.