Estructura general de los silicatos

 

Estructura general de los silicatos

Jacques Phillippes Truan Laffont

Ingeniero Agrónomo DGE

EKO SpA. Servicios

Resumen

El autor en su trabajo presenta una visión general del concepto de silicato, resaltando el estudio de su estructura y en la importancia de la naturaleza de los enlaces que mantienen unidos sus elementos constituyentes.

Los silicatos son los minerales más abundantes en la corteza terrestre. por ello se encuentran presentes   en   la   mayoría, de los   suelos, confiriéndoles   propiedades determinantes para el desarrollo de las plantas.

La unidad estructural básica de los silicatos es el tetraedro de silicio; los tetraedros pueden estar unidos directamente entre sí o quedar enlazados mediante cationes de diferentes cargas, dando lugar a diferentes tipos de silicatos. Según sea el número de tetraedros unidos y la naturaleza de los cationes enlazados la fuerza de las uniones varía, con lo que la estabilidad de los minerales formados y con ello la velocidad de formación y maduración de los suelos será mayor o menor.

Conclusiones.

Existen distintos tipos de silicatos con diferentes estructuras; siendo la unidad básica de todos ellos el tetraedro de silicio, en cuyos vértices se posicionan cuatro átomos de oxígeno.

La forma en la que se unen los tetraedros es determinante en la formación de los diferentes silicatos y en la resistencia frente a los procesos de alteración.

Existe la posibilidad de incorporar a las estructuras láminas de tipo octaédrico, o moléculas de agua, confiriéndole a los minerales así compuestos propiedades diferentes al resto.

 introducción

El autor en el presente trabajo desarrolla su revisión bibliográfica con énfasis en:

•          Concepto de silicato.
•          Tipos de silicatos.

La lectura detenida del presente trabajo otorgara al edafólogo una idea clara de lo que es un silicato, su estructura y propiedades principales.

No obstante,  para entender lo  expuesto en este artículo debemos recordar que los minerales son cuerpos tridimensionales formados por cationes y aniones unidos en una red en una disposición particular y fija. 

Concepto de silicato.

Los silicatos son todos aquellos minerales que tienen como unidad básica fundamental tetraedro de silicio (SiO₄)^4-  (figura Nº1): un catión de silicio (Si⁴⁺) enlazado con 4 aniones de oxígeno (O^2-).

Figura Nº 1.- Esquema de la disposición espacial de los cationes y aniones.

Los enlaces O-Si son extremadamente fuertes, liberándose 3.110 kilocalorías durante la formación de un mol de óxido (Besoain, 1985).

Cada uno de los 4 oxígenos situados en los vértices del tetraedro quedaría con un enlace por satisfacer por lo que, para compensar la carga negativa y garantizar una carga neta final nula, existen dos posibilidades (figura Nº 2):

1 Compartir oxígenos entre tetraedros adyacentes.	2. Enlazar los oxígenos mediante cationes.
Figura 2ª.- Oxígenos compartidos	Figura 2b,- Óxidos cationes

Tipos de silicatos

La unión de los oxígenos con cationes de diferente carga y naturaleza supone la formación de nuevos óxidos distintos a los del tetraedro (O-Si). Su energía molal de formación (figura Nº 4) es inferior a la del óxido de silicio, creciendo en cualquier caso con la carga del catión que interviene en el enlace.

Ión	Kilocalorías/mol
K+	299
Na+	322
Ca2+	839
Mg2+	912
Fe2+	919
Al3+	1.793
Ti4+	2.882
Si4+	3.110

Figura Nª 4.- Energías mólales formación de los óxidos de los cationes más comunes en los minerales de (Besoain, 1985).

Las combinaciones entre las distintas clases de uniones (compartir oxígenos o enlazarse mediante cationes) y los diferentes cationes monovalentes, divalentes, trivalentes o tetravalentes  determinarán el tipo de silicato y sus características.

Nesosilicatos

Son silicatos en los que todos los oxígenos están unidos por cationes; no hay tetraedros compartiendo oxígenos (figura Nº5).

Figura Nº 5.- Disposición de los tetraedros

•  Minerales: grupo de los olivinos, grupo de los granates, Circón, Topacio, Distena, Andalucita y Silimanita. 

 Sorosilicatos

Son silicatos en los que hay pares de tetraedros unidos entre sí compartiendo oxígenos; la unión entre estos pares se realiza mediante cationes (figura Nº6).

Figura N° 6  Esquema de disposición.

•        Minerales del grupo de las epidotitas

Ciclosilicatos

Figura N° 7 Disposición espacial de los tetraedros

Son silicatos en los que todos los tetraedros de silicio están unidos entre sí formando un anillo cerrado de tres, cuatro o seis tetraedros (figura Nº7):

•     minerales del grupo Berio y Turmalina

 Inosilicatos

Son silicatos en los que los tetraedros de silicio están unidos entre sí formando una cadena que puede ser sencilla (inosilicatos tipo piroxeno) o doble (inosilicatos de tipo anfíbol). La unión entre cadenas se realiza mediante cationes de diferente carga.

Piroxenos

Cadenas sencillas de tetraedros que comparten oxígenos en una misma dirección (figura Nº 8):

Figura N°8 Disposición de las cadenas de tetraedros

·         Minerales Estatita,Hiperstena,Diópsido y Augita.

Anfiboles

Cadenas dobles formadas por la unión de dos cadenas sencillas mediante cationes balanceadores de las cargas negativas (figura N° 9).

Figura N° 9 Esquema de la disposición espacial de las cadenas dobles

• Minerales: Antofilita, Tremolita y Hornblenda.

 Filosilicatos

En los filosilicatos las cadenas de inosilicatos se unen entre sí compartiendo oxígenos (no mediante cationes) de manera que los tetraedros forman una hoja o lámina(siloxano) en la que todas las cargas de los oxígenos están satisfechas.  Las láminas se unen entre sí mediante cationes (figura Nª10):

Figura N 10 Disposición de los tetraedros en la lámina de siloxano

Sin embargo en los filosilicatos no todas las láminas están formadas por tetraedros de silicio (láminas de siloxano); en la estructura hay intercaladas láminas de octaedros formadas por 6 grupos de hidroxilos (OH)- y por cationes de Al³⁺ o de Mg²⁺(figuras Nº 11y 12). En el primer caso las láminas son de Gipsita (dioctaédricos), y en el segundo son de brucita (trioctaédricas).

Figuras N°11 y 12 Disposición de octaedros

Según sea el número y naturaleza de las láminas intercaladas se formarán los siguientes tipos de filosilicatos:

Filosilicatos 1:1

En los filosilicatos de este tipo cada lámina de tetraedros (siloxano) se une a una lámina octaédrica con Aluminio ó Magnesio (figura Nº13):

Figura N°13 Esquema disposición de los átomos en una láminas 1:1

• Minerales: Caolinita y Serpentina o Angorita.

Filosilicatos 2:1

Cada lámina de octaedros (de Brucita o de Gipsita) se une a dos láminas de tetraedros (Figura N º 14):

Figura N°4 Esquema de la disposición de los átomos en las láminas 2:1

•          Minerales: Pirofilita y Talco.

En ocasiones en algunos de estos filosilicatos puede ocurrir que haya sustituciones isomórfica de algún catión de Si+4 por un catión de Al+3; el déficit de carga positiva que esto supone tiene como consecuencia la entrada en la estructura de algún otro catión que asegure un balance neutro final. Según sea el catión entrante resultará la formación de un mineral del grupo de las llamadas micas (figura Nº15):

Figura 15 Esquema de la disposición de las láminas y sus átomos.

•          Minerales: moscovita, flogopita, paragonita, biotita, margarita y xantofilita

Filosilicatos 2:2

En este caso, grupos formados por 2 láminas de tetraedros y 1 de octaedros (filosilicatos de tipo 2:1) se unen con otra lámina trioctaédrica (figura Nº16):

Figura 16 vista de planta, disposición de las láminas y sus átomos

·         Minerales: grupo de las cloritas

También pueden producirse entradas de moléculas de agua en los huecos existentes entre los tetraedros, y sustituciones al azar -no regulares- de cationes con o sin entrada de moléculas de agua, dando lugar respectivamente al grupo de las illitas (o hidrómicas) y   a   los   filosilicatos   de   naturaleza   expansible (vermiculitas   y montmorillonitas).

 Tectosilicatos

En los tectosilicatos las láminas de siloxano se unen entre sí compartiendo oxígenos, de manera que no hay cationes enlazando tetraedros (figuras Nº17). Todos los enlaces son por ello de tipo oxígeno-silicio, los más estables de todos.

Figuras 17 Disposición espacial 

•         Minerales: cuarzo

En algunos tectosilicatos puede ocurrir que haya sustituciones isomórficas de algún catión de Si⁺⁴ por un catión de Al⁺³; el déficit de carga positiva que esto supone tiene como consecuencia la entrada en la estructura de algún otro catión balanceador Según sea el tipo de catión entrante resultará la formación de nuevos minerales: el grupo de los feldespatos (ricos en K+) y el de las plagioclasas (ricas en Na+ y/o Ca+2).

BIBLIOGRAFIA

Ibáñez A., Sara; Moreno R., Héctor; Gisbert B, Juan Manuel.  2020.  Estructura general de los silicatos “Monografía”, Producción Vegeta. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural.

Besoain, Eduardo. “Mineralogía de arcillas de suelos” Ediciones Centro Iberoamericano de documentación e información agrícola CIDIAT. 1º edición 1985.

Besoain, Eduardo. “Curso de Mineralogía de suelos” Ediciones Instituto interamericano de ciencias agrícolas. 1º edición 1970

Cornelius, K; Cornelius, S “Manual de Mineralogía” Editorial Reverté, 4ª Edición, 200.

Hans W.  Fassbender, Elmer Bornemisza.  IICA,  1987 - 420 páginas.

https://www.monografias.com/trabajos17/silicatos/silicatos

https://geologiaweb.com/minerales/silicatos/