De overgrote meerderheid van mineralen in de aardrotsen, van de korst tot de ijzeren kern, worden chemisch geclassificeerd als silicaten. Deze silicaatmineralen zijn allemaal gebaseerd op een chemische eenheid die de silicatetrahedron wordt genoemd.
U zegt Silicium, ik zeg Silica
De twee zijn vergelijkbaar, maar geen van beiden moet worden verward siliconen, wat een synthetisch materiaal is). Silicium, waarvan het atoomnummer 14 is, werd in 1824 ontdekt door de Zweedse chemicus Jöns Jacob Berzelius. Het is het zevende meest voorkomende element in het universum. Silica is een oxide van silicium - vandaar de andere naam siliciumdioxide - en is het belangrijkste bestanddeel van zand.
Tetraëderstructuur
De chemische structuur van silica vormt een tetraëder. Het bestaat uit een centraal siliciumatoom omgeven door vier zuurstofatomen, waarmee het centrale atoom bindt. De geometrische figuur die rond deze opstelling is getekend, heeft vier zijden, waarbij elke zijde een gelijkzijdige driehoek is - een
tetraëder. Om je dit voor te stellen, stel je een driedimensionaal ball-and-stick-model voor waarin drie zuurstofatomen hun omhoog houden centrale siliciumatoom, net als de drie poten van een ontlasting, met het vierde zuurstofatoom recht boven het centraal atoom.Oxidatie
Chemisch gezien werkt de silicatetraëder als volgt: silicium heeft 14 elektronen, waarvan er twee rond de kern in de binnenste schil draaien en acht de volgende schaal vullen. De vier overgebleven elektronen bevinden zich in de buitenste 'valentie'-schaal, waardoor er vier elektronen kort blijven, waardoor in dit geval een kation met vier positieve kosten. De vier buitenste elektronen kunnen gemakkelijk worden geleend door andere elementen. Zuurstof heeft acht elektronen, waardoor het twee korte van een volledige tweede schaal heeft. De honger naar elektronen maakt zuurstof zo sterk oxidatiemiddel, een element dat ervoor zorgt dat stoffen hun elektronen verliezen en in sommige gevallen afbreken. IJzer vóór oxidatie is bijvoorbeeld een extreem sterk metaal totdat het wordt blootgesteld aan water, in welk geval het roest vormt en degradeert.
Als zodanig past zuurstof uitstekend bij silicium. Alleen vormen ze in dit geval een zeer sterke band. Elk van de vier zuurstofstoffen in de tetraëder deelt één elektron van het siliciumatoom in een covalente binding, dus het resulterende zuurstofatoom is een anion met een negatieve lading. Daarom is de tetraëder als geheel een sterk anion met vier negatieve ladingen, SiO44–.
Silicaatmineralen
De silicatetrahedron is een zeer sterke en stabiele combinatie die zich gemakkelijk in mineralen verbindt en zuurstof in hun hoeken deelt. Geïsoleerde silicatortetraëders komen voor in veel silicaten zoals olivine, waar de tetraëders zijn omgeven door ijzer- en magnesiumkationen. Paren tetraëders (SiO7) komen voor in verschillende silicaten, waarvan de bekendste waarschijnlijk hemimorfiet is. Ringen van tetraëders (Si3O9 of Si6O18) komen voor in respectievelijk de zeldzame benitoiet en de gewone toermalijn.
De meeste silicaten zijn echter gemaakt van lange kettingen en platen en raamwerken van silicatetraëders. De pyroxenen en amfibolen hebben respectievelijk enkele en dubbele ketens van silicatetra tetraëder. Vellen gekoppelde tetraëders vormen de micas, klei en andere phyllosilicaatmineralen. Ten slotte zijn er kaders van tetraëders, waarin elke hoek wordt gedeeld, wat resulteert in een SiO2 formule. Kwarts en de veldspaat zijn de meest prominente silicaatmineralen van dit type.
Gezien de prevalentie van de silicaatmineralen, is het veilig om te zeggen dat ze de basisstructuur van de planeet vormen.