Krzemiany

Krzemiany – powszechnie występujące minerały, będące solami kwasu krzemowego.

Stanowią ponad 90% składu skał tworzących skorupę ziemską: 60% to skalenie, 12% kwarc, 15% oliwiny, pirokseny i amfibole, a 3% to miki i inne krzemiany. Pozostałe ok. 10% stanowią przeważnie tlenki (4%) i węglany (3%) innych pierwiastków.

W przyrodzie występuje około 500 rodzajów krzemianów, z których 40 to minerały bardzo pospolite. Krzemiany stanowią około 25% wszystkich znanych rodzajów minerałów.

Budowa

Budowa SiO₄. Czerwone kulki – atomy tlenu; szara kulka – atom krzemu

Czworościan SiO₄. Czerwone kulki – atomy tlenu; atom krzemu w centrum czworościanu jest niewidoczny

Podwójny łańcuch czworościanów SiO₄ charakterystyczny dla azbestu

Głównym motywem strukturalnym krzemianów są czworościany (tetraedry) zbudowane z atomu krzemu znajdującego się w środku i otoczonego czterema atomami tlenu umieszczonymi na wierzchołkach.

• We wszystkich krzemianach są stałe grupy krzemotlenowe [SiO₄] utworzone przez małe atomy krzemu i duże atomy tlenu. Grupa ta ma silne wiązania, co daje jej dużą stabilność. Owe grupy stanowią zasadniczy składnik budowy krzemianów.
• Drugą cechą charakterystyczną krzemianów jest możliwość zastępowania w ich sieciach krystalicznych atomów krzemu przez atomy glinu. Takie krzemiany noszą nazwę glinokrzemianów. Glin, dzięki swemu promieniowi jonowemu, może zastępować diadochowo krzem w środku czworościanu, a zarazem zachowując się jak kation, łączyć wiązaniami jonowymi tak jak inne metale.

Czworościany utworzone przez grupę [SiO₄] mogą łączyć się narożami, mając jeden, dwa, trzy lub cztery wspólne atomy tlenu, zależnie od tego, czy łączą się z jednym, dwoma, trzema czy czterema czworościanami (w taki sposób, że dwie grupy mają wspólny tylko jeden atom tlenu. Powstają w ten sposób łańcuchy, które wiążą kationy metali przez zneutralizowanie ładunków elektrycznych.

Z kolei kationy, w zależności od rozmiarów jonów, mają zdolność wzajemnego zastępowania się, tworząc szeregi izomorficzne.

Złożoność struktur tetraedrycznych zależy głównie od temperatury, w jakiej powstaje minerał. W wysokiej temperaturze tworzą się izolowane czworościany (oliwiny) lub krótkie łańcuchy. W miarę spadku temperatury układ ten komplikuje się, tworząc w końcu trójwymiarowy szkielet (kwarc).

Systematyka krzemianów

Klasa i typ anionu	Stosunek O : Si	Przykład
Krzemiany wyspowe [SiO4]4-	4,00:1	cyrkon Zr[SiO4]
Krzemiany grupowe [Si2O7]6-	3,50:1	thortveityt Sc2[Si2O7]
Krzemiany pierścieniowe [Si3O9]6- [Si4O12]8- [Si6O18]12- [Si8O20]8- [Si12O30]12-	3,00:1 3,00:1 3,00:1 2,50:1 2,50:1	pseudowollastonit Ca3Si3O9 baotyt Ba4(Ti,Nb)8[Cl|Si4O12] dioptaz Cu6[Si6O18] • 6H2O ekanit K(Ca,Na)2Th[Si8O20] merriheuetyt (K,Na)2Fe2(Fe,Mg)3[Si12O30]
Krzemiany łańcuchowe [Si2O6]4-	3,00:1	diopsyd CaMg[Si2O6]
Krzemiany wstęgowe [Si4O11]6-	2,75:1	tremolit Ca2Mg5[Si8O22](OH)2
Krzemiany warstwowe [Si4O10]4-	2,50:1	kaolinit Al4[(OH)8|[Si4O10]]
Krzemiany szkieletowe	2,00:1	kwarc SiO2 ortoklaz K[AlSi3O8]

Przykłady krzemianów

• krzemiany wyspowe: willemit, oliwiny, granat, cyrkon, andaluzyt, sylimanit, dysten = kyanit, topaz, staurolit, sfen – tytanit
• krzemiany grupowe: hemimorfit, zoisyt, epidot, wezuwian, prehnit
• krzemiany pierścieniowe: aksynit, beryl, turmalin, dioptaz
• krzemiany łańcuchowe: enstatyt, diopsyd, spodumen, rodonit, wollastonit,
• krzemiany wstęgowe: antofyllit, tremolit, hornblenda
• krzemiany warstwowe: serpentyn, talk, muskowit, biotyt, kaolinit, illit, montmorillonit
• krzemiany szkieletowe: kwarc, skalenie, ortoklaz, plagioklazy, skaleniowce, nefelin, leucyt, lazuryt, zeolity, natrolit, heulandyt.

Zobacz też

• mineralogia
• petrografia

Bibliografia

• Podręczny Leksykon Przyrodniczy – Minerały i kamienie szlachetne
• Atlas mineralogii
• Leksykon Przyrodniczy – Minerały
• R. Hochleitner – Minerały i kryształy
• W. Heflik, L. Natkaniec – Nowak – Minerały Polski