Silica Tetrahedron Gedefinieerd en verklaard

De overgrote meerderheid van mineralen in de rotsen van de aarde, van de korst tot de ijzeren kern, worden chemisch geclassificeerd als silicaten. Deze silicaatmineralen zijn allemaal gebaseerd op een chemische eenheid die de silicatetrahedron wordt genoemd.

U zegt Silicium, ik zeg Silica

De twee zijn vergelijkbaar, maar geen van beiden moet worden verward met silicone, dat is een synthetisch materiaal). Silicium, waarvan het atoomnummer 14 is, werd ontdekt door de Zweedse chemicus Jöns Jacob Berzelius in 1824. Het is het zevende meest voorkomende element in het universum. Silica is een oxide van silicium - vandaar de andere naam, siliciumdioxide - en is het primaire bestanddeel van zand.

Tetraëderstructuur

De chemische structuur van silica vormt een tetraëder. Het bestaat uit een centraal siliciumatoom omringd door vier zuurstofatomen, waarmee het centrale atoom zich bindt. De geometrische figuur die rond deze opstelling is getekend, heeft vier zijden, waarbij elke zijde een gelijkzijdige driehoek is - een tetraëder. Om dit voor te stellen, stel je een driedimensionaal bal-en-stokmodel voor waarin drie zuurstofatomen hun centrale siliciumatoom vasthouden, net als de drie poten van een ontlasting, waarbij het vierde zuurstofatoom recht boven het centrale atoom steekt. 

oxydatie

Chemisch gezien werkt de silicatetraëder als volgt: silicium heeft 14 elektronen, waarvan er twee om de kern in de binnenste schaal draaien en acht de volgende schaal vullen. De vier resterende elektronen bevinden zich in de buitenste "valentie" -omhulling, waardoor deze vier elektronen kort blijven, waardoor in dit geval een kation met vier positieve ladingen ontstaat. De vier buitenste elektronen kunnen gemakkelijk worden geleend door andere elementen. Zuurstof heeft acht elektronen, waardoor het twee korte van een volledige tweede schaal heeft. De honger naar elektronen maakt zuurstof tot een sterk oxidatiemiddel, een element dat ervoor zorgt dat stoffen hun elektronen verliezen en in sommige gevallen afbreken. IJzer vóór oxidatie is bijvoorbeeld een extreem sterk metaal totdat het wordt blootgesteld aan water, in welk geval het roest vormt en degradeert.

Als zodanig past zuurstof uitstekend bij silicium. Alleen vormen ze in dit geval een zeer sterke band. Elk van de vier zuurstofstoffen in de tetraëder deelt een elektron van het siliciumatoom in een covalente binding, dus het resulterende zuurstofatoom is een anion met één negatieve lading. Daarom is de tetraëder als geheel een sterk anion met vier negatieve ladingen, SiO₄^4-.

Silicaatmineralen

De silicatetrahedron is een zeer sterke en stabiele combinatie die zich gemakkelijk in mineralen verbindt en zuurstof in hun hoeken deelt. Geïsoleerde silicatortetraëders komen voor in veel silicaten zoals olivine, waar de tetraëders worden omringd door ijzer- en magnesiumkationen. Paren tetraëders (SiO₇) komen voor in verschillende silicaten, waarvan de bekendste waarschijnlijk hemimorfiet is. Ringen van tetraëders (Si₃O₉ of Si₆O₁₈) komen respectievelijk voor in de zeldzame benitoiet en de gewone toermalijn.

De meeste silicaten zijn echter opgebouwd uit lange ketens en platen en kaders van silicatetrahedra. De pyroxenen en amfibolen hebben respectievelijk enkele en dubbele ketens van silicatetrahedra. Bladen van gekoppelde tetraëders vormen de mica's, kleien en andere phyllosilicaatmineralen. Ten slotte zijn er kaders van tetraëders, waarin elke hoek wordt gedeeld, wat resulteert in een SiO₂ formule. Kwarts en veldspaat zijn de meest prominente silicaatmineralen van dit type.

Gezien de prevalentie van de silicaatmineralen, is het veilig om te zeggen dat ze de basisstructuur van de planeet vormen.