Silikatni minerali

Silikatni minerali su minerali koji formiraju stene sa predominantno silikatnim anjonima. Oni su najvaće i najvažnija klasa minierala koji formiraju stene i sačinjavaju približno 90 procenata Zemljine kore.^[1]^[2]^[3]

U mineralogiji, silika, ili silicijum dioksid SiO₂, koji korespondira sa x=2 i opštoj formuli, se obično smatra silikatnim mineralom — mada njegovi silikatni „anjon” nema negativno naelektrisanje i nisu prisutni katjoni. Silika je prisutna u prirodi kao mineral kvarc, i njegovi polimorfi.

Na Zemlji je prisutno mnoštvo različitih silikatnih minerala, i još veći opseg njihovih kombinacija koje su ishod procesa kojima je formirana i izmenjivana kora tokom milijardi godina. Ti procesi obuhvataju parcialno topljenje, kristalizaciju, frakcionizaciju, metamorfizam, eluvijalne procese, i dijagenezu.

Dijatomejska zemlja, biogena forma silicijuma gledana pod mikroskopom. Prikazani region je velik približno 1,13 sa 0,69 mm.

Živa stvorenja isto tako doprinose ovom geološkom ciklusu. Na primer, tip planktona poznat kao diatomi konstruiše svoje egzoskeletone od silicijuma ekstrahovanog iz morske vode. Ostaci mrtvih diatoma su glavni sastojak duboko okeanskih sedimenata, i dijatomejske zemlje.

Opšta struktura

Silikatni mineral je generalno jonska čvrsta materija, čiji se anjoni pretežno sastoje od atoma silicijuma i kiseonika.

U većini minerala Zemljine kore, svaki atom silicijuma je centar idealnog tetraedra, na čijim uglovima su četiri atoma kiseonika kovalentno vezana za njega. Dva susedna tetraedra mogu da dele teme, što znači da je atom kiseonika most koji povezuje dva atoma silicijuma. Neuparena temena predstavljaju jonizovani atom kiseonika, kovalentno vezan za jedan atom silicijuma, koji doprinosi jednu jedinicu negativnog naelektrisanja anjona.

Neki silicijumski centri mogu da budu zamenjeni atomima drugih elemenata, još uvek vezanim za četiri kiseonika na uglovima. Ako supstituisani atom normalno nije tetravalentan, on obično doprinosi sa dodatnim naelektirsanjem anjonu, kome su onda neophodni dodatni katjoni. Na primer, u mineralu ortoklazu [KAlSi
3O
8]
n, anjon je tridimenziona mreža tetraedara u kojoj su svi kiseonici na temenima zajednički. Ako bi svi tetraedri imali silicijumske centre, anjon bi bila samo neutralna silika [SiO
2]
n. Zamena jednog od svaka četiri atoma silicijuma atomom aluminijuma rezultira u anjonu [AlSi
3O−
8]
n, čije naelektrisanje je neutralizovano kalijumskim katjonima K+
.

Glavne grupe

U mineralogiji, silikatni minerali se klasifikuju u 7 glavnih grupa prema strukturi njihovog silikatnog anjona:^[4]^[5]

Glavna grupa	struktura	hemijska formula	primer
Nesosilicati	izolovani silicijumski tetraedri	[SiO₄]⁴⁻	olivin.
Sorosilikati	dvostruki tetraedri	[Si₂O₇]⁶⁻	epidot, melilitna grupa.
Ciklosilikati	prstenovi	[Si_nO_3n]²ⁿ⁻	turmalinska grupa.
Inosilikati	pojedinačni lanac	[Si_nO_3n]²ⁿ⁻	piroksenska grupa.
Inosilikati	dvostruki lanac	[Si_4nO_11n]⁶ⁿ⁻	amfibolna grupa.
Filosilikati	ploče	[Si_2nO_5n]²ⁿ⁻	liskuni i gline.
Tektosilikati	3D mreža	[Al_xSi_yO_(2x+2y)]^x−	kvarc, feldspari, zeoliti.

Tektosilikati mogu jedino da imaju dodatne katjone ako su neki od atoma silicijuma zamenjeni atomom niže valence, kao što je aluminijum. Supstitucija Al za Si je uobičajena.

Nezosilikati ili ortosilikati

Ortosilikatni anjon SiO4−
4. Siva kugla predstavlja atom silicijuma, a crvene kugle su atomi kiseonika.

Nezosilikatni uzorci u Geološkom muzeju Južne Dakote

Nezosilikati (od grčkog νῆσος nēsos, ostrvo), ili ortosilikati, sadrže ortosilikatni jon, koji se sastoji od zasebnih [SiO₄]⁴⁻ tetraedara povezanih jedino putem međuprostornih katjona. Nikel-Struncova klasifikacija je 09.A. Primeri su:

Fenakitna grupa
- Fenakit – Be₂SiO₄
- Vilemit – Zn₂SiO₄
Olivinska grupa
- Forsterit – Mg₂SiO₄
- Fajalit – Fe₂SiO₄
- Tefroit – Mn₂SiO₄
Garnetna grupa
- Pirop – Mg₃Al₂(SiO₄)₃
- Almandin – Fe₃Al₂(SiO₄)₃
- Spesartin – Mn₃Al₂(SiO₄)₃
- Grosular – Ca₃Al₂(SiO₄)₃
- Andradit – Ca₃Fe₂(SiO₄)₃
- Uvarovit – Ca₃Cr₂(SiO₄)₃
- Hidrogrosular – Ca₃Al₂Si₂O₈(SiO₄)_3−m(OH)_4m
Zirkonska grupa
- Zirkon – ZrSiO₄
- Torit – (Th,U)SiO₄
- Hafnon – (Hf,Zr)SiO₄

Al₂SiO₅ grupa
- Andalusit – Al₂SiO₅
- Kjanit – Al₂SiO₅
- Silimanit – Al₂SiO₅
- Dumortierit – Al_6.5–7BO₃(SiO₄)₃(O,OH)₃
- Topaz – Al₂SiO₄(F,OH)₂
- Staurolit – Fe₂Al₉(SiO₄)₄(O,OH)₂
Humitna grupa – (Mg,Fe)₇(SiO₄)₃(F,OH)₂
- Norbergit – Mg₃(SiO₄)(F,OH)₂
- Hondrodit – Mg₅(SiO₄)₂(F,OH)₂
- Humit – Mg₇(SiO₄)₃(F,OH)₂
- Clinohumite – Mg₉(SiO₄)₄(F,OH)₂
Datolit – CaBSiO₄(OH)
Titanit – CaTiSiO₅
Hloritoid – (Fe,Mg,Mn)₂Al₄Si₂O₁₀(OH)₄
Mullit (aka Porcelainit) – Al₆Si₂O₁₃

Sorosilikati

Sorosilikati (od grčkog σωρός sōros, hrpa, gomila) sadrže izolovane pirosilikatne anjone Si
2O6−
7, koji se sastoje od dvostrukog tetraedra sa zajedničkim kiseoničnim temenom — silicijum:kiseonik odnos je 2:7. Nikel–Struncova klasifikacija je 09.B. Primeri su:

Hemimorfit (kalamin) – Zn₄(Si₂O₇)(OH)₂·H₂O
Lavsonit – CaAl₂(Si₂O₇)(OH)₂·H₂O
Aksinit – (Ca,Fe,Mn)₃Al₂(BO₃)(Si₄O₁₂)(OH)
Ilvait – CaFe^II₂Fe^IIIO(Si₂O₇)(OH)
Epidotna grupa (ima obe (SiO₄)⁴⁻ i (Si₂O₇)⁶⁻ grupu)
- Epidot – Ca₂(Al,Fe)₃O(SiO₄)(Si₂O₇)(OH)
- Zoisit – Ca₂Al₃O(SiO₄)(Si₂O₇)(OH)
  - Tanzanit – Ca₂Al₃O(SiO₄)(Si₂O₇)(OH)
- Klinozoisit – Ca₂Al₃O(SiO₄)(Si₂O₇)(OH)
- Alanit – Ca(Ce,La,Y,Ca)Al₂(Fe^II,Fe^III)O(SiO₄)(Si₂O₇)(OH)
- Dolaseite-(Ce) – CaCeMg₂AlSi₃O₁₁F(OH)
Vesuvianit (idokras) – Ca₁₀(Mg,Fe)₂Al₄(SiO₄)₅(Si₂O₇)₂(OH)₄

Ciklosilikati

Ciklosilikatni uzorci u Geološkom muzeju Južne Dakote

Ciklosilikati (od grčkog κύκλος kuklos, krug), ili prstenasti silikati, imaju tri ili više tetraedra povezana u prsten. Opšta formula je (Si_xO_3x)^2x−, gde jedan ili više atoma silicijuma mogu da budu zamenjeni drugim 4-koordinisanim atomom. Silicijum:kiseonik odnos je 1:3. Dvostruki prstenovi imaju formulu (Si_2xO_6x)^2x−. Nikel–Struncova klasifikacija je 09.C. Moguće eličine prstena su:

6 jedinica [Si₆O₁₈], beril (crveno: Si, plavo: O)
3 jedinice [Si₃O₉], benitoit
4 jedinice [Si₄O₁₂], papagoit
9 jedinica [Si₉O₂₇], eudialit
6 units, dvostruki prsten [Si₆O₁₈], milarit

Neki primeri minerala su:

tročlani jednostruki prsten
- Benitoit – BaTi(Si₃O₉)
četvoročlani jednostruki prsten
- Papagoit – CaCuAlSi
  2O
  6(OH)
  3.
šestočlani jednostruki prsten
- Beril – Be₃Al₂(Si₆O₁₈)
- Bazit – Be₃Sc₂(Si₆O₁₈)
- Sugilit – KNa₂(Fe,Mn,Al)₂Li₃Si₁₂O₃₀
- Turmalin – (Na,Ca)(Al,Li,Mg)₃₋(Al,Fe,Mn)₆(Si₆O₁₈)(BO₃)₃(OH)₄
- Pezotait – Cs(Be₂Li)Al₂Si₆O₁₈
- Osumilit – (K,Na)(Fe,Mg)₂(Al,Fe)₃(Si,Al)₁₂O₃₀
- Kordierit – (Mg, Fe)₂Al₄Si₅O₁₈
- Sekaninait – (Fe⁺², Mg)₂Al₄Si₅O₁₈
devetočlani jednostruki prsten
- Evdialit – Na
  15Ca
  6(Fe,Mn)
  3Zr
  3SiO(O,OH,H
  2O)
  3(Si
  3O
  9)
  2(Si
  9O
  27)
  2(OH,Cl)
  2
šestočlani dvostruki prsten
- Milarit – K₂Ca₄Al₂Be₄(Si₂₄O₆₀)H₂O

Prsten u aksinitu sadrži dva B i četiri Si tetraedra i u velikoj meri je iskrivljen u poređenju sa drugim šestočlanim prstenovima ciklosilikata.

Inosilikati

Inosilikati (od grčkog ἴς is [genitiv: ἰνός inos], vlakno), ili lanci silikata, imaju međusobnom povezane lance silikatnih tetraedara sa bilo SiO₃, u 1:3 odnosu za jedanolančane ili Si₄O₁₁, 4:11 odnosu za dvolančane vrste. Nikel–Struncova klasifikacija je 09.D – čiji su primeri:

Jednolančani inosilikati

Piroksenska grupa
- Enstatit – ortoferosilitna serija
  - Enstatit – MgSiO₃
  - Ferosilit – FeSiO₃
- Pigeonit – Ca_0.25(Mg,Fe)_1.75Si₂O₆
- Diopsid – hedenbergitna serija
  - Diopsid – CaMgSi₂O₆
  - Hedenbergit – CaFeSi₂O₆
  - Augit – (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)₂O₆
- Natrijum piroksenska serija
  - Jadeit – NaAlSi₂O₆
  - Aegirin (ili akmit) – NaFe^IIISi₂O₆
- Spodumen – LiAlSi₂O₆
Piroksenoidna grupa
- Volastonit – CaSiO₃
- Rodonit – MnSiO₃
- Pektolit – NaCa₂(Si₃O₈)(OH)

Dvolančani inosilikati

Amfibolna grupa
- Antofilit – (Mg,Fe)₇Si₈O₂₂(OH)₂
- Kamingtonitna serija
  - Kamingtonit – Fe₂Mg₅Si₈O₂₂(OH)₂
  - Grunerit – Fe₇Si₈O₂₂(OH)₂
- Tremolitna serija
  - Tremolit – Ca₂Mg₅Si₈O₂₂(OH)₂
  - Aktinolit – Ca₂(Mg,Fe)₅Si₈O₂₂(OH)₂
- Hornblend – (Ca,Na)_2–3(Mg,Fe,Al)₅Si₆(Al,Si)₂O₂₂(OH)₂
- Natrijum amfibolna grupa
  - Glaukofan – Na₂Mg₃Al₂Si₈O₂₂(OH)₂
  - Riebekit (asbest) – Na₂Fe^II₃Fe^III₂Si₈O₂₂(OH)₂
  - Arfvedsonit – Na₃(Fe,Mg)₄FeSi₈O₂₂(OH)₂

Inosilikat, piroksenska familija, sa dvo-periodičnim pojedinačnim lancom (Si₂O₆), diopsid
Inosilikat, clinoamphibole, sa dvo-periodičnim dvostrukim lancima (Si₄O₁₁), tremolit
Inosilikat, nerazranati 3-periodični pojedinačni lanac volastonita
Inosilikat sa 5-periodičnim pojedinačnim lancom, rodonit
Inosilikat sa cikličnim razgranatim 8-periodičnim lancom, peljit

Reference

^ „Mineral - Silicates”. britannica.com. Архивирано из оригинала 25. 10. 2017. г. Приступљено 08. 05. 2018.
^ Deer, W.A.; Howie, R. A.; Zussman, J. (1992). An introduction to the rock-forming minerals (2nd изд.). London: Longman. ISBN 978-0-582-30094-1.
^ Hurlbut, Cornelius S.; Klein, Cornelis (1985). Manual of Mineralogy (20th изд.). Wiley. ISBN 978-0-471-80580-9.
^ Deer, W.A.; Howie, R.A., & Zussman, J. (1992). An introduction to the rock forming minerals (2nd edition ed.). London: Longman. ISBN 978-0-582-30094-1.
^ Hurlbut, Cornelius S.; Klein, Cornelis ||1985). Manual of Mineralogy, Wiley, (20th edition ed.). ISBN 978-0-471-80580-9.

Spoljašnje veze

[1] „Mineral - Silicates”. britannica.com. Архивирано из оригинала 25. 10. 2017. г. Приступљено 08. 05. 2018.

[deer-2] Deer, W.A.; Howie, R. A.; Zussman, J. (1992). An introduction to the rock-forming minerals (2nd изд.). London: Longman. ISBN 978-0-582-30094-1.

[hurlbut-3] Hurlbut, Cornelius S.; Klein, Cornelis (1985). Manual of Mineralogy (20th изд.). Wiley. ISBN 978-0-471-80580-9.

[4] Deer, W.A.; Howie, R.A., & Zussman, J. (1992). An introduction to the rock forming minerals (2nd edition ed.). London: Longman. ISBN 978-0-582-30094-1.

[5] Hurlbut, Cornelius S.; Klein, Cornelis ||1985). Manual of Mineralogy, Wiley, (20th edition ed.). ISBN 978-0-471-80580-9.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]