silicatos y su estructura

7/24/2019 Silicatos y Su Estructura

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Silicatos y su estructura

Los silicatos son el grupo de minerales de mayor abundancia, pues constituyenms del 95% de la corteza terrestre, adems del grupo de ms importanciageolgica por ser petrognicos, es decir, los minerales que forman las rocas. Todos los silicatos estn compuestos po rsilicio y oxgeno. Estos elementospueden estar acompaados de otros entre los quedestacan aluminio, hierro, magnesio o calcio.

Qumicamente son sales del cido silcico. Los silicatos, as comolos aluminosilicatos, son la base de numerosos minerales que tienena ltetraedro de silicio-oxgeno (un tomo de silicio coordinado tetradricamente atomos de oxgeno) como su estructura bsica: feldespatos ,micas, arcillas.

Los silicatos forman materiales basados en la repeticin de la unidad tetradricaSiO 44-. La unidad SiO 44- tiene cargas negativas que generalmente soncompensadas por la presencia de iones de metales alcalinos o alcalinotrreos,

as como de otros metales como el aluminio.

Los silicatos forman parte de la mayora de las rocas, arenas y arcillas. Tambinse puede obtener vidrio a partir de muchos silicatos. Los tomos de oxgenopueden compartirse entre dos de estas unidades SiO 44-, es decir, se comparteuno de los vrtices del tetraedro. Por ejemplo, el disilicato tiene como frmula[Si2O 5]6- y, en general, los silicatos tiene como frmula [(SiO 3)2-]n.

En el caso de que todos los tomos de oxgeno estn compartidos, y por tantola carga est neutralizada, se tiene una red tridimensional denominada slice o

dixido de silicio, SiO 2.En los aluminosilicatos un tomo de silicio es sustituido por uno de aluminio.
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Clasificacin:

Las propiedades de los silicatos dependen ms de la estructura cristalina en quese disponen sus tomos que de los elementos qumicos que constituyen sufrmula. Ms concretamente, dependen de la forma en que se dispone y enlazacon los iones la unidad fundamental de los silicatos, el tetraedro de (SiO 4)4-.

La diferencia entre los distintos grupos es la forma en que estos tetraedros seunen. Se distinguen as las siguientes subclases:

Nesosilicatos : Con tetraedros sueltos, de forma que cada valencia libre deltetraedro queda saturada por un catin distinto del silicio. Sus frmulas sern(SiO 4)4-.con grupos tetradricos aislados, en el sentido de que cada valencia

libre del tetraedro queda saturada por un catin distinto del silicio; presentangeneralmente, aspecto tosco y son duros; el peso especfico y el ndice derefraccin son elevados. Se agrupan en:

Zircn Olivino Granate Aluminosilicatos: Andalucita, Jadarita, Sillimanita y Distena

Sorosilicatos : Con dos tetraedros unidos por un vrtice para formar un grupo(Si 2O 7)6-.con dos tetraedros unidos por un vrtice para formar un grupo[Si207]6-estos grupos se unen, con las tres valencias libres de una parte ylas tres opuestas de la restante, con cationes distintos al silicio. Se agrupanen:

Epidota Melilita Torveitita Hemimorfita

Lawsonita

Ciclosilicatos : Con grupos de tres, cuatro o seis tetraedros, unidos en anillo.silicatos con grupos formados por 3, 4 o 6 tetraedros, unidos en anillostriangulares, cuadrangulares o hexagonales; los ms frecuentes son aquellosformados por anillos con seis tetraedros. Se agrupan en:

Turmalina Variedades de la

turmalina: chorlo, dravita, indigolita, lidicoata, elbata, rubelita Berilo Variedades del berilo: esmeralda, morganita
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Cordierita Dioptasa

Inosilicatos : Con grupos de tetraedros unidos en largas cadenas de longitud

indefinida. Los ms comunes son los que presentan cadenas simples, losllamados piroxeno, mientras que los llamados anfbol tienen cadenas dobles.Esta estructura dota a estos minerales de hbito fibroso. Se agrupan en:

Piroxeno Anfbol Piroxenoide Anfiboloide

Filosilicatos : Con tetraedros unidos por tres vrtices a otros, formando una

red plana que se extiende en un plano de dimensiones indefinidas. Estaestructura dota a estos silicatos de hbito foliado. Se agrupan en:

Clorita Micas Talco Pirofilita Serpentinas Caolinita

Tectosilicatos : Con tetraedros unidos por sus cuatro vrtices a otrostetraedros, produciendo una malla de extensin tridimensional, compleja. Lasustitucin de silicio por aluminio en algunos tetraedros permite que en lamalla se coloquen cationes. Se agrupan en:

Cuarzo Tridimita Cristobalita Feldespatos

Zeolita

Estructura de los s i l ica tos

Muchos materiales cermicos contienen estructuras de silicatos con tomos desilicio y oxgeno enlazados entre s en varias distribuciones. Tambin un grannmero de formaciones naturales de tipo mineral, tales como arcillas,feldespatos y micas son silicatos. Debemos tener en cuenta que el silicio y eloxgeno son los dos elementos qumicos ms abundantes en la corteza

terrestre, de ah que los silicatos se utilicen ampliamente en ingeniera oir subajo precio, disponibilidad, as como por sus propiedades especiales. Las
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estructuras de silicatos son particularmente importantes para materiales deconstruccin en ingeniera: vidrios, cemento portland y refractarios.

El conjunto bsico de construccin de los silicatos es el tetraedro SiO4 4-,figura 14.3. El enlace Si-O en la estructura SiO4 4- es mitad covalente y mitadinico y la coordinacin tetradrica del SiO4 4- satisface los requerimientosdireccionales del enlace covalente y del enlace inico. La relacin de radios delenlace Si-O es 0.29, que est en el rango de coordinacin tetradrica paraempaquetamientos compactos de iones estables. A causa del pequeo y muycargado ion Si 4+ , se crean grandes fuerzas de enlace dentro del tetraedroSiO4 4-, y como resultado las unidades de SiO4 4- se encuentran normalmenteunidas vrtice con vrtice, y raramente arista con arista.

Figura 14.3. Estructura tetradrica del SiO 44-.

Ya que cada oxgeno del tetraedro del silicato tiene un electrn disponible para

el enlace, se pueden producir muchas estructuras diferentes de silicatos. Seproducen estructuras de silicatos aislados o discretos cuando se enlazaniones positivos, por ejemplo Fe 2+ , Mg 2+ y Ca 2+ con los oxgenos del tetraedro deSiO4 4-, para formar unidades de mineral olivino que tiene la composicinqumica bsica (MgFe)2SiO4.Si dos vrtices de cada tetraedro de SiO4 4- se enlazan con los vrtices de otrostetraedros, resulta una estructura en cadena o en anillo, con la frmula qumicaunidad SiO3 2-, figura 14.4. El mineral (MgSiO3) tiene una estructura en formade cadena y el mineral berilo [Be3Al2(SiO3)6] tiene una estructura de silicatoen forma de anillo.
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Figura 14.4. Estructura de si licatos: a) en forma de cadena, espodumeno, y, b) en anillo, esmeralda.

Las estructuras laminares de silicato se forman cuando tres vrtices en elmismo plano de un tetraedro de silicato de enlazan a los vrtices de otros trestetraedros de silicato. Esta estructura tiene como frmula unitaria Si2O5 2-.Estos silicatos laminares pueden combinarse con otros tipos de estructuraslaminares, al tener todava un oxgeno libre. La caolinita, una arcilla comn,figura 14.5a, est compuesta de una lmina de silicato enlazada inicamente auna lmina compuesta de Al2(OH)4 2+ , produciendo delgadas placas de arcillacon una composicin final Al2Si2O5(OH)4. La montmorillonita, o sea

Al2(Si2O5)2(OH)2, figura 14.5b, contiene dos lminas de silicato emparedandoa una capa central de Al2(OH)4 2+ . Estas capas estn unidas entre s pordbiles enlaces de Van der Waals.
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Figura 14.5. Estructura laminar de los silicatos: a) caolinita, b) montmorillonita.

Finalmente, cuando se comparten los cuatro vrtices del tetraedro, se obtienela slice, o SiO2. Este material puede existir en varias formas alotrpicas, yaque al incrementar la temperatura la slice, cuarzo a, pasa a cuarzo b, yposteriormente se transforma en tridimita b, cristobalita b, y finalmente a cuarzolquido. El diagrama de equilibrio presin-temperatura de la figura 14.6 muestralas formas estables de la slice.

Figura 14.6. Diagrama de fases presin-temperatura para el SiO 2.

La transformacin de cuarzo a a cuarzo b es una transformacin similar a la

reaccin martenstica; el cuarzo cambia rpidamente de estructura cristalinapero genera una ligera distorsin en la red que implica a los diferentes tomos
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vecinos, tal como se indica en la figura 14.7. Transformaciones similaressuceden entre las diferentes formas de tridimita y cristobalita.Durante estas transformaciones de fases suceden cambios bruscos en lasdimensiones de los cristales, sobre todo en la transformacin del cuarzo a al b,que producen unas fuertes tensiones internas que llegan incluso alagrietamiento del material, de ah el especial cuidado en la velocidad a la quese producen estos cambios volumnicos.La importancia que, en la ingeniera y construccin, tienen estos materiales,hace que estudiemos por separados cada uno de los grandes grupos en losque se puede clasificar: cemento como constituyente de los hormigones ymorteros, los vidrios tanto de slice como modificados, y los materialessilicoaluminosos refractarios y para construccin.

Figura 14.7. Transformacin por desplazamiento en el cuarzo.
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Grupos d e los s i l ica tos

Segn el tipo de estructura, los silicatos pueden dividirse en seis gruposdependiendo del nmero de oxigeno del tetraedro de silicato que estn unidos

directamente a otros tetraedros de silicio vecinos (es decir , segn el numero devrtices compartidos por tetraedros , que pueden ser 0,1,2,3 y 4):


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Esta subclase de silicatos es poco numerosa, comprende pocasespecies minerales que se caracterizan en que tienen un radicalestructural de orden superior al de los nesosilicatos formados por laagrupacin de dos tetraedros que se unen compartiendo un vrticedando lugar a radicales (Si2O7)6-, este radical doble puede coexistiren la estructura de los sorosilicatos con tetraedros aislados SiO4 ylos dos tipos de radicales estn neutralizados y unidos ente si porcationes. Los minerales ms importantes de esta subclase sonminerales clcicos que son la vesubiana y el grupo de la epidota.


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}


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Grupos(graficas)

a.- nesosilicatos, tetraedros independientes

b.- sorosilicatos, tetraedros en parejas

c.- ciclosilicatos, tetraedros en anillos


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d.- inosilicatos, tetraedros formando cadenas sencillas o dobles


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e.- filosilicatos, tetraedros formando capas laminares

silicatos y su estructura

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