Clasa silicati

Clasa silicati

Aceasta clasa cuprinde o treime din numarul total al mineralelor din natura si 75% din masa scoartei terestre. Cea mai mare parte a silicatilor constituie mineralele principale si accesorii din rocile magmatice si metamorfice si reprezinta constituentii de baza a multor roci sedimentare.

Din punct de vedere chimic, silicatii sunt compusi cu structura cristalina complexa care au la baza retele ionice, formate din ioni pozitivi si negativi care sunt dispusi in asa fel incat rezulta atat o neutralitate electrica cat si o impachetare stransa.

Din studiile facute s-a constatat ca la baza structurii cristaline a tuturor silicatilor se afla gruparea tetraedrica SiO₄^4-.

Ionii negativi de oxigen ocupa colturile tetraedrului iar ionul de Si⁴⁺ ocupa centrul tetraedrului (fig. 39).

Tetraedrii de siliciu si oxigen se pot gasi in retelele cristaline ale silicatilor, fie sub forma de grupe de SiO₄ izolate, fie sub forma de siruri inchise sau deschise (liniare, inelare, planare, spatiale).

Ionii din spatiul central al gruparilor pot fi inlocuiti cu alti ioni de acelasi volum sau volum apropiat, astfel ionii de siliciu din gruparea tetraedrica pot fi inlocuiti cu ioni de aluminiu rezultand astfel aluminosilicati.

Din dispunerea tetraedrilor de siliciu independent, in grupe finite, in lanturi infinite simple sau duble, in strate infinite ori tridimensionale si prin compensarea sarcinilor ramase libere cu diferiti ioni de aluminiu, magneziu, calciu, sodiu, potasiu, mangan etc. rezulta 6 subclase de silicati si anume: nezosilicati, sorosilicati, ciclosilicati, inosilicati, filosilicati si tectosilicati.

a) Subclasa nezosilicati - se caracterizeaza prin faptul ca unitatea de baza a retelei cristaline a acestor silicati o constituie tetraedrii de siliciu dispusi izolat, ca un fel de insule (grec. nesos = insula). Legatura dintre tetraedri este facuta de diferiti cationi care asigura neutralitatea electrica a retelei, mai frecventi fiind cei de Mg²⁺, Fe²⁺, Ca²⁺, Al³⁺. Datorita dispunerii neregulate a tetraedrilor, acesti silicati, sub actiunea unor forte exterioare se desfac dupa planuri nedefinite, adica nu cliveaza ci se sparg. Formula generala a nezosilicatilor este Si₄^-4, deci prezinta 4 sarcini negative ce pot fi compensate de diferiti cationi. Silicatii insulari sunt reprezentati prin mai multe grupe, din care mai importante sunt: grupa olivinei, grupa granatului si grupa epidotului.

a₁) Grupa olivinei - cuprinde silicati feromagnezieni cum sunt forsteritul (SiO₄Mg₂), fayalitul (SiO₄Fe₂) si olivina (SiO₄(MgFe)₂). In cazul olivinei, ca si in alte cazuri care vor urma, cifra 2 nu indica magneziul de doua ori si fierul de doua ori, ci doua locuri libere in retea care sunt compensate de un cation de Fe si unul de Mg.

Silicatul cel mai raspandit al acestei grupe este olivina care se prezinta sub forma de agregate granulare, colorate in verde masliniu sau galbui. Cristalizeaza in sistemul rombic, are luciu sticlos si este raspandita in rocile magmatice bazice (gabrou, bazalt) si ultrabazice (peridotit, picrit).

a₂) Grupa granatilor - are formula generala (SiO₄)₃^{12 -}, avand deci 12 sarcini compensate cu cationi de Al, Mg, Ca. Cei mai raspanditi granati sunt almandinul (SiO₄)₃Mg₃Al₂ si grosularul (SiO₄)₃Ca₃Al₂. Granatii cristalizeaza in sistemul cubic, sunt colorati in rosu inchis, rosu-brun, prezinta luciu sticlos si se gasesc raspanditi in roci metamorfice unde au luat nastere prin actiunea magmelor acide asupra rocilor bogate in carbonati (metamorfism de contact metasomatic).

a₃) Grupa epidotului - are formula generala (SiO₄)₃(OH)^{13 -}. Silicatul cel mai raspandit al acestei grupe este epidotul (SiO₄)₃(OH)Ca₂(AlFe)₃, de culoare verde sau verde albastrui, cu luciu sticlos, alcatuit din cristale alungite aciculare din sistemul monoclinic. Se intalneste mai ales in rocile metamorfice.

b) Subclasa sorosilicati, cuprinde silicati alcatuiti din grupari de doi tetraedri de SiO₄, avand formula generala Si₂O₇^6-.Cei mai importanti sorosilicati sunt hemimorfitul - Si₂O₇Zn₄(OH)₂H₂O, ilvaitul si lauwsonitul (Si₂O₇)(OH)₂CaAl₂H₂O.

c) Subclasa ciclosilicati, cuprinde minerale cu grupe inelare de tetraedri care contin 3 sau 6 tetraedri, avand formula generala (Si₃O₉)^6- sau (Si₆O₁₈)^12-. Cel mai cunoscut si raspandit silicat din aceasta subclasa este turmalina Si₆O₁₈(OH)₂Al₆B₃Mg₃Na. Aceasta cristalizeaza hexagonal, prezinta culoare neagra stralucitoare sau bruna si este intalnita in rocile metamorfice si magmatice.

d) Subclasa inosilicatilor - cuprinde minerale la care tetraedrii de siliciu se intalnesc in lanturi simple (grupa piroxeni) si in lanturi duble (grupa amfiboli). Aceste doua grupe de silicati au in general proprietati comune si anume: cristalizeaza in sistemul monoclinic si rombic, se prezinta sub forma de cristale alungite, prezinta clivaj fibros, au in general culoare inchisa, verzuie, neagra-verzuie sau brun-negricioasa, luciu sticlos sau semimetalic.

d₁) Grupa piroxenilor - cuprinde silicati cu structura in lanturi simple, cu formula generala SiO₃^2- (fig.40). Cationii de legatura se gasesc intre lanturile invecinate iar pe traseele acestora rezistenta este minima astfel ca piroxenii cliveaza fibros. Dupa natura cationilor ce satisfac sarcinile ramase libere se deosebesc urmatoarele minerale: enstatitul (MgSiO₃) si hiperstenul SiO₃(MgFe)₂ care cristalizeaza in sistemul rombic si augitul (SiAl)₂O₆Ca(MgFeAl), diopsidul (SiO₃)₂CaMg si hedenbergitul (SiO₃)₂(CaFe)₂ care cristalizeaza in sistem monoclinic.

Dintre piroxeni, cel mai raspandit este augitul care se prezinta sub forma de cristale cu aspect scurt columnar, de culoare, frecvent, neagra, uneori verde sau bruna cu luciu semimetalic. Augitul este foarte raspandit in rocile magmatice neutre si bazice (andezite, bazalte), in tufuri si cenusi vulcanice.

d₂) Grupa amfibolilor cuprinde silicati cu structura in lanturi duble. Cationii de legatura se gasesc intre lanturi duble invecinate dupa directia acestor cationi, realizandu-se un clivaj fibros. Formula generala a amfibolilor este SiO₂₂(OH)₂^14-. Dupa natura cationilor si modul de cristalizare deosebim: antofilitul - Si₈O₂₂(OH)₂(MgFe)₇ de culoare verzuie bruna si sistem de cristalizare rombic; tremolitul - Si₈O₂₂(OH)₂Mg₅Ca₂; actinotul - Si₈O₂₂(OH)₂Ca₂(MgFe)₅ si hornblenda - (SiAl)₂Si₆O₂₂(OH)₂(MgFeAl)_4-5(CaNaK)_2-3.

Cel mai raspandit este hornblenda. Se prezinta sub forma de cristale prismatice, formand agregate sub forma de snopi de culoare verde inchis pana la negru, are origine hidrotermala si se gaseste raspandita in rocile magmatice neutre si bazice si in cele metamorfice.

e) Subclasa filosilicati cuprinde silicati alcatuiti din planuri infinite de tetraedri de siliciu cu formula generala Si₄O₁₀(OH)₂^6- (fig. 41).

Planurile de tetraedri se prezinta ca niste foite care pot fi tristratificate si bistratificate. Foitele tristratificate sunt formate din doua planuri de tetraedri asezate fata in fata si legate printr-un strat de ioni de aluminiu. Legatura dintre doua straturi de foite se face prin cationi de Ca, Mg, Na, K etc.

Foitele bistratificate sunt alcatuite dintr-un singur plan de tetraedri si un plan de grupe OH, plane legate printr-un strat de ioni de aluminiu. Legatura dintre doua foite bistratificate alcatuite dintr-un strat de tetraedri de siliciu si un strat de ioni de aluminiu se realizeaza electric prin intermediul gruparilor (OH). Rezistenta fiind minima intre foite, acesti silicati, sub actiunea unei forte din exterior, cliveaza in foite. Din aceasta subclasa de silicati fac parte patru grupe: grupa talc-pirofilit, grupa micelor, grupa clorite, grupa mineralelor argiloase.

e₁) Grupa talc-pirofilit este reprezentata prin cele doua minerale care ii dau numele: talcul - SiO₄O₁₀(OH)₂Mg₃ si pirofilitul - Si₄O₁₀(OH)₂Al₂.

Talcul cristalizeaza in sistem monoclinic, are culoare albicioasa verzui, luciu sidefos, este unsuros la pipait, cu duritatea 1. Intra in alcatuirea rocilor metamorfice.

e₂) Grupa micelor cuprinde aluminosilicati cu structura lamelara dintre care amintim mica alba (muscovitul) si mica neagra (biotitul).

Mica alba (Si₃Al)O₁₀(OH)₂Al₂K se gaseste in rocile magmatice, metamorfice si sedimentare, precum si in soluri. Cristalizeaza in sistem monoclinic, are habitus lamelar sau solzos, culoare alb-galbuie, luciu metalic-sidefos, se altereaza foarte greu, ramanand in soluri sub forma de mici fluturasi alb-argintii.

Mica neagra (Si₃Al)O₁₀(OH)₂(MgFe)₃K, deriva teoretic din mica alba prin substituirea Al cu Mg si Fe bivalent. Are culoare neagra, luciu sidefos si spre deosebire de mica alba se altereaza mult mai repede datorita prezentei fierului bivalent care in contact cu oxigenul si umiditatea atmosferica se hidrateaza si este pus in libertate sub forma de hidroxid feric.

Micele sunt componenti importanti ai materialelor parentale si ai solurilor, fiind alaturi de feldspatii potasici, principalii furnizori de potasiu din sol.

e₃) Grupa cloritelor - cuprinde un numar mare de minerale cu proprietati comune: Habitus solzos, densitate mica, culoare verde. Cel mai important este cloritul (MgFe)₈(Si₄O₁₀)(OH)₈, de culoare verde cenusie, verde inchis, cu proprietati asemanatoare micei negre din care provine. Ia nastere prin metamorfozarea rocilor magmatice si sedimentare bogate in silicati de fier si magneziu. Apare in masa rocilor metamorfice de epizona in sisturi cloritoase si sericitocloritoase.

e₄) Grupa mineralelor argiloase cuprinde o serie de minerale secundare care rezulta prin alterarea mineralelor primare, intra in alcatuirea argilelor si se caracterizeaza prin urmatoarele proprietati: se prezinta de obicei in mase afanate, fin granulare sau solzoase, sunt deschise la culoare, putin dure, unsuroase, isi maresc volumul prin imbibare cu apa (gonfleaza), au capacitate de retinere si schimb cationic. Dupa structura cristalina si compozitia chimica, mineralele argiloase se clasifica in: mice hidratate, montmorillonit-beidellit si caolinit-halloysit.

Micele hidratate au rezultat prin alterarea micelor la care un anumit numar de ioni de siliciu sunt substituiti cu ioni de Al, K, Ca, Na si au urmatoarea formula generala:

(Si_4-xAl_x)O₁₀(Al, Mg, Fe)_2-3(OH)₂(K,Ca, Na)_xnH₂O

Din categoria micelor hidratate fac parte vermiculitul, illitul si cloritele secundare.

Vermiculitul are o structura cristalina asemanatoare micelor dar se deosebeste de acestea deoarece cationii compensatori de sarcina dintre foitele elementare nu mai sunt predominant de K, ci de Mg. Acestia sunt hidratati si se pot schimba usor cu alti cationi din solutie.

Illitele rezulta prin alterarea micei albe in structura careia are loc substituirea ionilor de siliciu cu ionii de aluminiu iar intre foite, ionii de K sunt inlocuiti cu ionii de hidroniu, calciu, magneziu si sodiu. Datorita acestor inlocuiri partiale sau totale ale cationilor de potasiu prin alti cationi, capacitatea de schimb cationic si cea de retinere a apei creste atat la suprafata mineralelor cat si in intervalul dintre foitele elementare.

Mineralele argiloase de tip montmorillonit-beidellit, sunt alcatuite din foite tristratificate.

Montmorillonitul se aseamana cu micele hidratate dar spre deosebire de acestea, au distanta dintre foitele elementare mai mare (14-19Å), nu contin potasiu, iar in cazul montmorillonitului format in soluri evoluate pe bazalte si alte roci eruptive bazice, o parte din cationii de aluminiu sunt substituiti prin magneziu. Formula generala a montmorillonitului este de forma: Si₄O₁₀(OH)₂(Al_2-xMg_x)(Ca,Na)_xnH₂O.

La beidellit substituirea se face cu predilectie in stratul de tetraedri, avand formula generala: (Si_4-xAl_x)O_10-y(OH)_2+y(Al,Mg,Fe)_2-3(Ca,Na)_y-xnH₂O.

Montmorillonitul si beidellitul se prezinta ca mase pamantoase colorate in alb, uneori in galbui, unsuroase, cu luciu mat.

Datorita distantei mari dintre foitele tristratificate si prezenta cationilor usor schimbabili, montmorillonitul si beidellitul au capacitatea de schimb cationic cuprinsa intre 80 si 150 m.e./100g sol si respectiv intre 55 si 65 m.e./100g sol.

Mineralele argiloase de tip caolinit-halloyssit prezinta foite bistratificate putin distantate intre ele (7Å).

Intre foitele elementare ale caolinitului, legaturile sunt electrice de tipul OH-O si intre aceste foite nu este posibila patrunderea altor cationi, rezultand pentru aceste minerale o capacitate redusa de schimb cationic (10-15 m.e./100g sol).

Caolinitul se prezinta sub forma de mase afanate, solzoase sau fin granulare, alb-galbuie pana la roscata si au urmatoarea formula chimica: (Si₄O₁₀)(OH)₈Al₄.

Halloysitul se aseamana cu caolinitul dar este mai puternic hidratat: (Si₄O₁₀)(OH)₈Al₄4H₂O.

f) Subclasa tectosilicati cuprinde minerale la care inlantuirea tetraedrilor se face tridimensional, in spatiu, iar formula generala este Si₄O₈. Cel mai adesea, din cei patru ioni de siliciu, unul sau cel mult doi sunt inlocuiti cu ioni de aluminiu iar compensarea sarcinilor ramase libere se realizeaza prin intermediul ionilor de K, Ca, Na etc.

Silicatii din aceasta subclasa sunt reprezentati prin trei grupe: feldspati, feldspatoizi si zeoliti.

f₁) Grupa feldspati. Din aceasta grupa fac parte feldspatii ortoclazi (potasici) si feldspatii plagioclazi (calcosodici). Denumirea de ortoclazi si plagioclazi se datoreste clivajului dupa doua directii care se intersecteaza sub un unghi de 90^o (orto = drept) si respectiv diferit de 90^o (plagio = diferit).

Feldspatii ortoclazi sunt reprezentati prin ortoza, adular si microclin.

Ortoza are formula chimica Si₃AlO₈K, cristalizeaza in sistemul monoclinic, are culoare roz, roscata sau chiar rosie, luciu sticlos spre perlat. Se gaseste raspandita in rocile magmatice intruzive si filoniene si in cele metamorfice. Se altereaza relativ usor, punand in libertate potasiu.

Microclinul este o varietate de ortoza, deosebindu-se de aceasta prin faptul ca unghiul de clivaj este mai mic cu 20 minute fata de unghiul drept. Tot o varietate de ortoza este si adularul.

Feldspatii plagioclazi sunt reprezentati prin: albit (Si₃AlO₈Na), anortit (Si₂Al₂Ca), labrador si oligoclaz. Au culoare alba, alba-cenusie, cristalizeaza in sistemul triclinic, luciu sticlos sau sidefos. Intra in alcatuirea rocilor magmatice, a rocilor metamorfice si chiar sedimentare. Se altereaza mai usor decat feldspatii ortoclazi, punand in libertate cationi de Ca si Na.

f₂) Grupa feldspatoizilor

Cuprinde minerale asemanatoare feldspatilor dar mai sarace in siliciu, cristalizeaza in sistemul hexagonal si de obicei nu cliveaza. Se intalnesc in alcatuirea unor roci magmatice cum sunt sienitele si gabrourile. Mai cunoscut este sodalitul (SiO₄Al)₆Cl₂Na₈) care cristalizeaza in sistemul cubic si are culoarea albastru stralucitoare.

f₃) Grupa zeolitilor

Cuprinde minerale secundare provenite din alterarea feldspatilor si feldspatoizilor.

Zeolitii sunt in general aluminosilicati hidratati de Ca, K, Na, au culori deschise, densitate mai mica decat a feldspatilor, caracterizati printr-o capacitate de schimb cationic mare. Dintre cei mai importanti amintim: natrolitul - Si₃O₁₀Al₂Na₂2H₂O si chabasitul - (Si₄O₁₂Al₂)(CaNa₂K₂)6H₂O.