Opredelitev in razlaga silicijevega tetraedra

Colin Gregory/Flickr

Velika večina mineralov v zemeljskih kamninah, od skorje do železovega jedra, je kemično razvrščena kot silikati. te silikatni minerali vsi temeljijo na kemijski enoti, imenovani kremenčev tetraeder.

Ti rečeš silicij, jaz rečem silicij

Oba sta podobna (vendar nobenega ne smemo zamenjati z silikon , ki je sintetični material). Silicij, katerega atomsko število je 14, je leta 1824 odkril švedski kemik Jöns Jacob Berzelius. Je sedmi najpogostejši element v vesolju. Silicijev dioksid je silicijev oksid - od tod tudi njegovo drugo ime, silicijev dioksid - in je primarna sestavina peska.

Struktura tetraedra

Kemična struktura silicijevega dioksida tvori tetraeder. Sestavljen je iz osrednjega atoma silicija, ki ga obdajajo štirje atomi kisika, s katerimi se osrednji atom veže. Geometrijski lik, narisan okrog te postavitve, ima štiri stranice, pri čemer je vsaka stranica enakostranični trikotnik - atetraeder. Da bi si to zamislili, si predstavljajte tridimenzionalni model krogle in palice, v katerem trije atomi kisika držijo svoj osrednji atom silicija, podobno kot tri noge blata, pri čemer četrti atom kisika štrli naravnost navzgor nad osrednji atom.

Oksidacija

Kemično tetraeder silicijevega dioksida deluje takole: silicij ima 14 elektronov, od katerih dva krožita okoli jedra v najbolj notranji lupini, osem pa jih zapolni naslednjo lupino. Štirje preostali elektroni so v njegovi najbolj oddaljeni 'valentni' lupini, zaradi česar so štirje elektroni kratki, kar v tem primeru ustvari kation s štirimi pozitivnimi naboji. Štiri zunanje elektrone si zlahka izposodijo drugi elementi. Kisik ima osem elektronov, tako da mu dva manjkata do polne druge lupine. Njegova lakota po elektronih je tisto, zaradi česar je kisik tako močan oksidant , element, ki povzroči, da snovi izgubijo svoje elektrone in se v nekaterih primerih razgradijo. Železo je na primer pred oksidacijo izjemno močna kovina, dokler ni izpostavljeno vodi, v tem primeru tvori rjo in se razgradi.

Kot tak se kisik odlično ujema s silicijem. Le da v tem primeru tvorita zelo močno vez. Vsak od štirih kisikov v tetraedru si deli en elektron od atoma silicija v kovalentni vezi, tako da je nastali atom kisika anion z enim negativnim nabojem. Zato je tetraeder kot celota močan anion s štirimi negativnimi naboji, SiO₄^4-.

Silikatni minerali

Tetraeder iz silicijevega dioksida je zelo močna in stabilna kombinacija, ki se zlahka poveže v minerale, pri čemer si na svojih vogalih deli kisik. Izolirani kremenčevi tetraedri se pojavljajo v številnih silikatih, kot je olivin, kjer so tetraedri obdani z železovimi in magnezijevimi kationi. Pari tetraedrov (SiO₇) se pojavljajo v več silikatih, med katerimi je verjetno najbolj znan hemimorfit. Obroči tetraedrov (Si₃O₉ali Si₆O₁₈) se pojavljajo v redkem benitoitu oziroma navadnem turmalinu.

Večina silikatov pa je zgrajena iz dolgih verig in listov ter ogrodij kremenčevih tetraedrov. The pirokseni in amfiboli imajo enojne oziroma dvojne verige tetraedrov kremena. Listi povezanih tetraedrov sestavljajo sljude , gline in drugi filosilikatni minerali. Končno obstajajo okviri tetraedrov, v katerih je vsak kotiček deljen, kar ima za posledico SiO_dvaformula. Kvarc in glinenci so najvidnejši silikatni minerali te vrste.

Glede na razširjenost silikatnih mineralov lahko z gotovostjo trdimo, da tvorijo osnovno strukturo planeta.