Polysilicaten

Polysilicaten zijn geochemisch belangrijke verbindingen die worden gevormd door de reactie van het zure oxide SiO2 (silica) en basische metaaloxiden. Deze verbindingen bezitten welomlijnde silicium oxo-anionen met covalente Si-O-bindingen, maar hebben niet het eenvoudige silicaation SiO44-. In plaats daarvan hebben ze veel 2-coördinatenzuurstofatomen die de siliciumatomen verbinden tot oligomere of polymere structuren. In bijna alle silicaten heeft silicium een coördinatienummer van 4.,

het Orthosilicaation, SiO44-

het orthosilicaation is niet aanwezig in een grote verscheidenheid aan mineralen. Het is een zeer sterke base die niet zal blijven bestaan in waterige oplossing. In de natuur wordt het gevonden in combinatie met zure kationen in onoplosbare zouten.

oligomere Polysilicaten

polymere silicaatstructuren vereisen overbruggingsoxygenen (2-coördinaat). Om ruimte te maken voor een overbruggende zuurstof, moet een oxide uit het “ontvangende” silicium worden verwijderd.

het disilicaation is ongewoon van aard., Het wordt alleen gevonden in het zeldzame mineraal thortveitite, Sc2Si2O7. Grotere structuren zoals trisilicaat en tetrasilicaat zijn extreem tarief.

cyclische oligomere Polysilicaten

in plaats van lange open ketenstructuren te vormen, zullen de uiteinden van de ketens oxide-ionen elimineren.

het metasilicaation is een oligomeer van het onbekende SiO32 – ion. In deze structuren bezit elk silicium twee overbruggende en twee terminale zuurstofatomen. Er is een -2 ladingsdichtheid per siliciumatoom., De meest voorkomende cyclische polysilicaten zijn de cyclische trimers (SiO3)36-en de cyclische hexamers (SiO3)612-.

het cyclische trimer wordt gevonden in het mineraal Benitoiet, BaTi(Si3O9.

de cyclische heramer wordt gevonden in het mineraal beryl, Be3Al2(Si6O18)

Ketenpolysilicaten

Lineaire (1-D) polymeren van Formule (SiO3)n2n – kan worden gevormd door overbrugging zuurstof. In deze structuren is er een lading van -2 per siliciumatoom., A group of minerals called the pyroxene minerals have this type of structure.

Pyroxene Minerals
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., Als deze koppeling plaatsvindt bij alternatieve SiO3 groepen in elke keten, een dubbele keten structuur (Si4O11)n6n-resultaten. In dergelijke structuren is er een vermindering van de lading en het aantal zuurstofatomen per siliciumatoom.crocidoliet, een asbestmineraal met de formule Na2Fe5 (OH)22, is een voorbeeld. Dit mineraal is vezelig van aard en heeft vuur-en hittebestendige eigenschappen die voortkomen uit de lange kettingstructuur van het anion.

Plaatpolysilicaten

wanneer de zijdelingse koppeling van ketens onbeperkt wordt voortgezet, worden meer oxiden geëlimineerd en ontstaat een 2-D-polymeer., Deze 2-D polymeren worden sheetsilicaten genoemd en bevatten het n4n-anion. Mineralen die deze structuur bevatten, worden gemakkelijk gekloofd in dunne platen.,

micas muscovite and biotite clay minerals montmorillonite, kaolinite,
china clay and vermiculite talc &nbsp soapstone &nbsp chrysotile asbestos &nbsp

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)., Deze structuur bevat ongeladen oxide silica n dat niet langer basisch is, maar eerder een zuur oxide. Veel voorkomende mineralen bevatten deze structuur: kwarts, vuursteen, jaspis, onyx, Amethist, Citrien, Agaat en chalcedoon.,
Opeenvolgende polymerisatie stappen:

Resulteren in een opeenvolgende daling van O/Si atoom-verhouding

4:1 in orthosilicate
2:1 in silica

Daling in het aantal terminal oxygens per silicium

Daling in de vergoeding per silicium kern

PROBLEMEN

Plaats de volgende mineralen in volgorde van toenemende graad van polymerisatie., Om dit te doen, bereken de o/Si-verhouding (hoe lager de verhouding, hoe meer gepolymeriseerd de structuur.

pyrophyllite, Al2Si4O10(OH)2
grunerite, Fe7Si8O22(OH)2
spessartite, Mn3Al2Si3O12
bustamite, CaMn(SiO3)2

Glas

Wanneer zure silica is gereageerd met de basic-oxiden bij zeer hoge temperaturen (~1700 0C) en vervolgens gekoeld te snel voor de polysilicate ionen om de fomation van de ordelijke polysilicate ionen gevonden in mineralen te vormen. Het resultaat is vorming van een amorfe vaste stof of glas., Glazen worden gekenmerkt door het hebben van geen bepaald vriespunt.eenvoudig glas wordt gemaakt door het smelten (smelten) van zand met natriumbicarbonaat en kalksteen (bronnen van de basisoxiden Na2O en CaO). Tijdens dit proces worden silicium-zuurstofbruggen verbroken.

Speciale glazen worden gemaakt door de samenstelling van zure en basische oxiden in het glas te wijzigen.

Pyrex ™ glas is ongewoon resistent tegen thermische schokken. Om het te maken 10-25% B2O3, een zuur oxide, is opgenomen in de structuur.,
gekleurde glazen bevatten D-Blok metaaloxiden als onderdeel van de basisoxidecomponent
incorporatie van strontiumoxide geeft een glas dat de röntgenstraling absorbeert die wordt uitgestraald door kleurentelevisies
de fijne optische kwaliteiten die nodig zijn in cameralenzen kunnen worden verkregen door de incorporatie van La2O3

leer meer over glazen hier en op de Glasbronsite van het Corning Museum.

Bodemchemie

het feit dat steeds meer gepolymeriseerde polysilicaationen een dalende lading per silicium hebben, wat resulteert in een verminderde basiciteit, heeft belangrijke gevolgen voor de bodemchemie.,

hoe basischer het polysilicaatanion van een mineraal is, des te gemakkelijker zal het reageren met zwakke zuren en verwering ondergaan.

regenwater is enigszins zuur als gevolg van opgeloste CO2, zelfs in de afwezigheid van zwavel en stikstofoxiden.
na verloop van tijd zal regenwater reageren met de minder gepolymeriseerde silicaatanionen om oxide-ionen te vervangen door overbruggende zuurstof die een meer gepolymeriseerd silicaat oplevert. De oxiden worden verwijderd als watermoleculen.,

bodems die grote hoeveelheden orthosilicaten zoals olivine bevatten, zijn” jeugdige ” bodems. Ze zijn of recent gekristalliseerd uit magma of aanwezig in een woestijngebied.de tussenfase van verwering heeft grote hoeveelheden laagsilicaten zoals klei en wat kwarts. Deze bodems zijn meestal te vinden in gematigde gebieden onder een dekking van gras of bomen. Dergelijke bodems zijn minder vruchtbaar dan pas geïrrigeerde deser bodems als gevolg van het verlies van de niet-zure plantenvoedingsstof K+., Laagsilicaten aanwezig in tussenliggende bodems kunnen nog steeds kationen vasthouden op hun negatief geladen oppervlakken die kunnen worden vrijgegeven als plant ze nodig heeft. Deze bodems zijn te vinden in de nog vrij vruchtbare maÃ s-en tarwegordels.

isomorfe substitutie

Polysilicaationen hebben negatieve ladingen die moeten worden gecompenseerd door geschikte kationen. De terminale oxygens bezitten negatief geladen oppervlakken die dichtgepakte oppervlakken van negatieve lading benaderen., De kationen die nodig zijn om de negatieve lading van het polysilicaat te neutraliseren bevinden zich in de lagen tussen de ketens of lagen of in de tetraëdrische of octaëdrische gaten die aanwezig zijn in het 3-D rooster.de soorten kationen die in een bepaalde vorm van polysilicaat worden aangetroffen, zijn afhankelijk van de grootte van de kationen, de lading van de kationen, aangezien er nogal wat reeksen ionen bestaan die dezelfde lading en zeer vergelijkbare stralen hebben, is er weinig reden om de voorkeur te geven aan een van deze overeenkomende soorten ionen boven een ander wanneer een mineraal wordt gevormd bij het koelen van gesmolten magma.,
bijvoorbeeld olivine, die een ideale samenstelling van Mg2SiO4 heeft, kan variërende percentages van isomorfe substitutie van Fe2+ (straal 92 pm) bevatten in plaats van een gelijk aantal Mg2+ – ionen (straal 86 pm).

eerste principe van isomorfe subsidie

een kation kan in een rooster een ander kation vervangen als zij identieke ladingen hebben en in radii niet meer dan 10 tot 20% verschillen.,

tweede deel van isomorfe substitutie

voor ionen van dezelfde grootte moet de totale lading van de vervangende ionen gelijk zijn aan de totale lading van de vervangen ionen. Elk ion hoeft niet dezelfde lading te hebben.
isomorfe substitutie verhoogt het aantal mogelijke substituties in silicaten.de kationen in de meeste silicaatmineralen worden uitgebreid gesubstitueerd, waardoor voor de meeste elementen niet-economische ertsen ontstaan., Er zijn diagonale relaties van elementen (vooral in de tweede periode) naar de elementen een groep naar rechts en een periode naar beneden op de tafel.

problemen

welke van de volgende mineralen kunnen ontstaan door isomorfe substitutieprocessen in leuciet, K(Alsi2o6)?,

K(YSi2O6)
Rb(Alsi2o6)
Ba(BeSi2O6)
Ba(Alsi2o6)

HINT: er zijn twee fundamentele principes van ionverbindingen die in isomorfe substitutie moeten worden nageleefd:

De totale lading van alle kationen moet gelijk zijn aan de totale lading van alle anionen.
wil de substitutie isomorf zijn, dan moet het totale aantal kationen dat binnenkomt ongeveer gelijk zijn aan de totale lading van alle kationen die worden vervangen.