Definēts un izskaidrots silīcija dioksīda tetraedrs

Kolins Gregorijs/Flickr

Lielākā daļa minerālu Zemes iežu, sākot no garozas līdz dzelzs kodolam, ķīmiski tiek klasificēti kā silikāti. Šīs silikātu minerāli visi ir balstīti uz ķīmisko vienību, ko sauc par silīcija dioksīda tetraedru.

Tu saki silīcijs, es saku silīcijs

Abas ir līdzīgas (bet nevienu nevajadzētu sajaukt ar silikons , kas ir sintētisks materiāls). Silīciju, kura atomu skaits ir 14, 1824. gadā atklāja zviedru ķīmiķis Jöns Jacob Berzelius. Tas ir septītais visbiežāk sastopamais elements Visumā. Silīcija dioksīds ir silīcija oksīds — līdz ar to tā cits nosaukums — silīcija dioksīds — un ir galvenā smilšu sastāvdaļa.

Tetraedra struktūra

Silīcija dioksīda ķīmiskā struktūra veido tetraedru. Tas sastāv no centrālā silīcija atoma, ko ieskauj četri skābekļa atomi, ar kuriem centrālais atoms saistās. Ģeometriskajai figūrai, kas novilkta ap šo izkārtojumu, ir četras malas, un katra mala ir vienādmalu trīsstūris — atetraedrs. Lai to iztēlotu, iedomājieties trīsdimensiju lodīšu un nūju modeli, kurā trīs skābekļa atomi tur savu centrālo silīcija atomu, līdzīgi kā trīs ķebļa kājas, un ceturtais skābekļa atoms turas tieši virs centrālā atoma.

Oksidācija

Ķīmiski silīcija dioksīda tetraedrs darbojas šādi: silīcijā ir 14 elektroni, no kuriem divi riņķo ap kodolu visdziļākajā apvalkā un astoņi aizpilda nākamo apvalku. Četri atlikušie elektroni atrodas tā visattālākajā “valences” apvalkā, atstājot tai četru elektronu īsu, radot šajā gadījumā katjonu ar četriem pozitīviem lādiņiem. Četrus ārējos elektronus viegli aizņem citi elementi. Skābeklī ir astoņi elektroni, tāpēc tam trūkst divu līdz pilnam otrajam apvalkam. Tā izsalkums pēc elektroniem padara skābekli tik spēcīgu oksidētājs , elements, kas spēj likt vielām zaudēt elektronus un dažos gadījumos noārdīties. Piemēram, dzelzs pirms oksidācijas ir ārkārtīgi spēcīgs metāls, līdz tas tiek pakļauts ūdens iedarbībai, un tādā gadījumā tas veido rūsu un sadalās.

Tādējādi skābeklis lieliski sader ar silīciju. Tikai šajā gadījumā tie veido ļoti spēcīgu saikni. Katram no četriem skābekļa atomiem tetraedrā ir viens elektrons no silīcija atoma kovalentajā saitē, tāpēc iegūtais skābekļa atoms ir anjonu ar vienu negatīvu lādiņu. Tāpēc tetraedrs kopumā ir spēcīgs anjons ar četriem negatīviem lādiņiem, SiO₄^4-.

Silikātu minerāli

Silīcija dioksīda tetraedrs ir ļoti spēcīga un stabila kombinācija, kas viegli savienojas minerālos, dalot skābekli to stūros. Izolēti silikāta tetraedri sastopami daudzos silikātos, piemēram, olivīnā, kur tetraedrus ieskauj dzelzs un magnija katjoni. Tetraedru pāri (SiO₇) sastopami vairākos silikātos, no kuriem pazīstamākais, iespējams, ir hemimorfīts. Tetraedru gredzeni (Si₃O₉vai Si₆O₁₈) sastopami attiecīgi retajā benitoītā un parastajā turmalīnā.

Tomēr lielākā daļa silikātu ir veidoti no garām ķēdēm un silīcija dioksīda tetraedra loksnēm un karkasiem. The piroksēni un amfiboliem ir attiecīgi viena un dubultā silīcija dioksīda tetraedra ķēde. Saistītu tetraedru loksnes veido vizlas , māli un citi filosilikātu minerāli. Visbeidzot, ir tetraedru ietvari, kuros katrs stūris ir koplietots, kā rezultātā veidojas SiO_diviformula. Kvarcs un laukšpats ir visievērojamākie šāda veida silikātu minerāli.

Ņemot vērā silikātu minerālu izplatību, var droši teikt, ka tie veido planētas pamatstruktūru.