Zdefiniowany i wyjaśniony czworościan krzemionkowy

Colin Gregory/Flickr

Ogromna większość minerałów w skałach Ziemi, od skorupy po żelazne jądro, jest chemicznie klasyfikowana jako krzemiany. Te minerały krzemianowe wszystkie opierają się na jednostce chemicznej zwanej czworościanem krzemionkowym.

Ty mówisz krzem, ja mówię krzemionka

Oba są podobne (ale żadnego nie należy mylić z silikon , który jest materiałem syntetycznym). Krzem, którego liczba atomowa wynosi 14, został odkryty przez szwedzkiego chemika Jönsa Jacoba Berzeliusa w 1824 roku. Jest to siódmy najliczniejszy pierwiastek we wszechświecie. Krzemionka jest tlenkiem krzemu – stąd jego inna nazwa, dwutlenek krzemu – i jest podstawowym składnikiem piasku.

Struktura czworościanu

Struktura chemiczna krzemionki tworzy czworościan. Składa się z centralnego atomu krzemu otoczonego czterema atomami tlenu, z którymi łączy się centralny atom. Figura geometryczna narysowana wokół tego układu ma cztery boki, z których każdy jest trójkątem równobocznym – aczworościan. Aby to sobie wyobrazić, wyobraźmy sobie trójwymiarowy model kulki i patyka, w którym trzy atomy tlenu podtrzymują centralny atom krzemu, podobnie jak trzy nogi stołka, z czwartym atomem tlenu wystającym prosto nad centralny atom.

Utlenianie

Chemicznie czworościan krzemionki działa w następujący sposób: krzem ma 14 elektronów, z których dwa krążą wokół jądra w najbardziej wewnętrznej powłoce, a osiem wypełnia następną powłokę. Cztery pozostałe elektrony znajdują się w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce „walencyjnej”, co pozostawia cztery elektrony krótkie, tworząc w tym przypadku kation z czterema ładunkami dodatnimi. Cztery zewnętrzne elektrony są łatwo pożyczane przez inne pierwiastki. Tlen ma osiem elektronów, co oznacza, że ​​brakuje mu dwóch do pełnej drugiej powłoki. To głód elektronów sprawia, że ​​tlen jest tak silny utleniacz , pierwiastek zdolny do powodowania, że ​​substancje tracą swoje elektrony, a w niektórych przypadkach ulegają degradacji. Na przykład żelazo przed utlenieniem jest niezwykle mocnym metalem, dopóki nie zostanie wystawione na działanie wody, w którym to przypadku tworzy rdzę i ulega degradacji.

W związku z tym tlen doskonale łączy się z krzemem. Tylko w tym przypadku tworzą bardzo silną więź. Każdy z czterech tlenów w czworościanie dzieli jeden elektron z atomu krzemu w wiązaniu kowalencyjnym, więc powstały atom tlenu jest anion z jednym ładunkiem ujemnym. Dlatego czworościan jako całość jest silnym anionem z czterema ładunkami ujemnymi, SiO₄^4-.

Minerały krzemianowe

Czworościan krzemionkowy jest bardzo silną i stabilną kombinacją, która łatwo łączy się ze sobą w minerałach, dzieląc tlen na ich rogach. Wyizolowane czworościany krzemionkowe występują w wielu krzemianach, takich jak oliwin, gdzie czworościany są otoczone kationami żelaza i magnezu. Pary czworościanów (SiO₇) występują w kilku krzemianach, z których najbardziej znanym jest prawdopodobnie hemimorfit. Pierścienie czworościanów (Si₃O₉lub Si₆O₁₈) występują odpowiednio w rzadkim benitoicie i pospolitym turmalinie.

Jednak większość krzemianów jest zbudowana z długich łańcuchów i arkuszy oraz szkieletów z czworościanów krzemionkowych. The pirokseny a amfibole mają odpowiednio pojedyncze i podwójne łańcuchy tetraedrów krzemionkowych. Arkusze połączonych czworościanów tworzą miki , gliny i inne minerały krzemianów warstwowych. Wreszcie istnieją szkielety czworościanów, w których każdy róg jest dzielony, co daje SiO_dwaformuła. Kwarc i skalenie są najbardziej znanymi minerałami krzemianowymi tego typu.

Biorąc pod uwagę rozpowszechnienie minerałów krzemianowych, można śmiało powiedzieć, że tworzą one podstawową strukturę planety.