Apibrėžtas ir paaiškintas silicio dioksido tetraedras

Colinas Gregory / Flickr

Didžioji dauguma mineralų, esančių Žemės uolienose, nuo plutos iki geležies šerdies, chemiškai priskiriami silikatams. Šie silikatiniai mineralai Visi jie yra pagrįsti cheminiu vienetu, vadinamu silicio dioksido tetraedru.

Tu sakai silicis, aš sakau silicis

Abu yra panašūs (tačiau nė vieno jų nereikėtų painioti silikono , kuri yra sintetinė medžiaga). Silicį, kurio atominis skaičius yra 14, 1824 m. atrado švedų chemikas Jönsas Jacobas Berzelius. Tai yra septintas pagal gausumą elementas visatoje. Silicis yra silicio oksidas, taigi ir kitas jo pavadinimas, silicio dioksidas, ir yra pagrindinis smėlio komponentas.

Tetraedro struktūra

Cheminė silicio dioksido struktūra sudaro tetraedrą. Jį sudaro centrinis silicio atomas, apsuptas keturių deguonies atomų, su kuriais centrinis atomas jungiasi. Aplink šį išdėstymą nubrėžta geometrinė figūra turi keturias kraštines, kurių kiekviena yra lygiakraštis trikampis – atetraedras. Norėdami tai įsivaizduoti, įsivaizduokite trimatį rutulio ir lazdos modelį, kuriame trys deguonies atomai laiko savo centrinį silicio atomą, panašiai kaip trys taburetės kojos, o ketvirtasis deguonies atomas laikosi tiesiai virš centrinio atomo.

Oksidacija

Chemiškai silicio tetraedras veikia taip: silicis turi 14 elektronų, iš kurių du sukasi aplink branduolį vidiniame apvalkale, o aštuoni užpildo kitą apvalkalą. Likę keturi elektronai yra atokiausiame „valentingame“ apvalkale, todėl jam trūksta keturių elektronų, tokiu atveju sukuriant katijonas su keturiais teigiamais krūviais. Keturis išorinius elektronus lengvai pasiskolina kiti elementai. Deguonis turi aštuonis elektronus, todėl iki viso antrojo apvalkalo jam trūksta dviejų. Dėl elektronų alkio deguonis yra toks stiprus oksidatorius , elementas, galintis priversti medžiagas prarasti elektronus ir kai kuriais atvejais suirti. Pavyzdžiui, geležis prieš oksidaciją yra labai stiprus metalas, kol jis nėra veikiamas vandens, tokiu atveju susidaro rūdys ir suyra.

Taigi deguonis puikiai dera su siliciu. Tik šiuo atveju jie sudaro labai stiprų ryšį. Kiekvienas iš keturių deguonies atomų tetraedre turi vieną elektroną iš silicio atomo kovalentine jungtimi, todėl gautas deguonies atomas yra anijonas su vienu neigiamu krūviu. Todėl visas tetraedras yra stiprus anijonas su keturiais neigiamais krūviais, SiO₄^4-.

Silikatiniai mineralai

Silicio dioksido tetraedras yra labai stiprus ir stabilus derinys, kuris lengvai susijungia į mineralus ir dalijasi deguonimi savo kampuose. Izoliuotų silicio dioksido tetraedrų yra daugelyje silikatų, tokių kaip olivinas, kur tetraedrai yra apsupti geležies ir magnio katijonų. Tetraedrų poros (SiO₇) yra keliuose silikatuose, iš kurių tikriausiai žinomiausias yra hemimorfitas. Tetraedrų žiedai (Si₃O₉arba Si₆O₁₈) pasitaiko atitinkamai retame benitoite ir paprastame turmaline.

Tačiau dauguma silikatų yra pagaminti iš ilgų grandinių ir silicio dioksido tetraedrų lakštų bei karkasų. The piroksenai amfibolai turi atitinkamai vieną ir dvigubą silicio dioksido tetraedro grandines. Susietų tetraedrų lakštai sudaro žėručiai , molis ir kiti filosilikatiniai mineralai. Galiausiai yra tetraedrų karkasų, kurių kiekvienas kampas yra dalijamas, todėl susidaro SiO_duformulę. Kvarcas ir lauko špatai yra ryškiausi šios rūšies silikatiniai mineralai.

Atsižvelgiant į silikatinių mineralų paplitimą, galima drąsiai teigti, kad jie sudaro pagrindinę planetos struktūrą.