Silicato

Basalto con olivina, Big Island, Hawaii.

I silicati sono la classe di minerali caratterizzati dalla presenza del gruppo tetraedrico (SiO₄)^4-. Il nome silicati fu adottato per la prima volta dal chimico svedese Jöns Jacob Berzelius.

Ossigeno e silicio sono gli elementi più abbondanti della crosta terrestre (46,6% e 27,7% in peso, rispettivamente) e questo rende i silicati i minerali più diffusi sulla litosfera (più del 90%). Questi si presentano all'interno di rocce magmatiche, metamorfiche e sedimentarie.

Struttura generale

Silicio e ossigeno si dispongono in una struttura tetraedrica (poliedro di coordinazione quattro), al cui centro è presente uno ione di silicio (più piccolo degli atomi di ossigeno) e ai vertici della quale si dispongono quattro ioni di ossigeno. Secondo il concetto di elettronegatività di Pauling, il legame tra silicio e ossigeno, è per il 50% ionico e il 50% covalente.

Struttura del tetraedro dei silicati.

Essendo il numero di ossidazione del silicio +4, e quello dell'ossigeno −2, complessivamente ogni tetraedro presenta un eccesso di carica negativa (-4). La forza di ogni singolo legame Si-O è uguale alla metà dell'energia totale di legame disponibile nello ione ossigeno. Ciascuno di questi ha perciò la potenzialità di legarsi ad un altro ione silicio e partecipare ad un altro tetraedro collegando quindi i tetraedri tramite ossigeni condivisi o ossigeni ponte. Il silicio nella struttura può essere sostituito da alluminio (si parla allora di alluminosilicati).

Classificazione dei silicati

Inizialmente i silicati venivano classificati basandosi su caratteristiche fisiche, come forma cristallina e sfaldatura. Tuttavia tale classificazione non era concorde con quella chimica, che considerava questi minerali come sali di una serie di acidi silicici, in buona parte ipotetici.

Grazie a Machatschki e a Bragg nel 1930 (in seguito alla scoperta dei raggi X nel 1912) si propose una classificazione basata sulla struttura cristallina e nello specifico sulla modalità di concatenamento dei tetraedri di (SiO₄)^4-.

Olivina.

I tetraedri possono esistere isolati oppure legati tra loro. Si distinguono a seconda del numero di vertici in comune tra i tetraedri (SiO₄)⁻⁴(0,1,2,3 o 4). Da questo dipende il reticolo cristallino di ogni silicato e la quantità e tipo di metalli in esso presenti:

• Nesosilicati: tetraedri isolati. Il gruppo base ha formula chimica (SiO₄)^4-. Una conseguenza della struttura è che la sfaldatura è generalmente assente. Fanno parte di questo gruppo i granati e l'olivina (non riconosciuto dall' IMA come minerale perché è un termine intermedio della serie forsterite-fayalite), le cui formule chimiche sono rispettivamente X₃Y₂(SiO₄)₃ e (Mg, Fe)₂SiO_4.
• Sorosilicati: coppie di tetraedri legati tra di loro. Il gruppo base ha formula chimica (Si₂O₇)^6-_. Fanno parte di questo gruppo l'emimorfite (Zn₄(Si₂O₇)(OH)₂·(H₂O)) e gli epidoti (Ca₂(Fe, Al)Al₂O(SiO₄)(Si₂O₇)(OH)).
• Ciclosilicati: tetraedri legati ad anello. Per anelli di sei tetraedri si hanno il berillo (Be₃Al₂(Si₆O₁₈)), e la tormalina (Na,Ca)(Li, Mg,Al)-(Al,Fe, Mn)₆(BO₃)₃-[Si₆O₁₈](OH)₄.
• Inosilicati: catene singole (pirosseni) o doppie (anfiboli) di tetraedri. Le formule generali sono XYZ₂O₆ e W_0-1X₂ Y₅ Z₈ O₂₂(OH,F)₂.
• Fillosilicati: piani di tetraedri, dove ogni tetraedro condivide 3 ossigeni, che formano dei piani sottili (lamine). Il silicato più diffuso di questo gruppo è la mica; sono miche la muscovite, formula KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂, anche detta mica bianca, e la biotite, formula K(Mg, Fe)₃AlSi₃O₁₀(OH)₂, anche detta mica nera. Un altro sottogruppo della famiglia dei fillosilicati sono i minerali argillosi, che comprendono il talco, formula Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂ e la caolinite, formula Al₂Si₂O₅(OH)₄.
• Tectosilicati: un reticolo tridimensionale, dove ogni tetraedro condivide 4 ossigeni. Appartengono a questo gruppo i feldspati, che comprendono ortoclasio, formula KAlSi₃O₈, anortite, formula CaAl₂Si₂O₈, albite, formula NaAlSi₃O₈ e il quarzo SiO₂. Oltre a silicio e ossigeno si trovano spesso associati elementi, quali alluminio, calcio, ferro, magnesio e manganese.

Il quarzo è un tectosilicato, con composizione chimica SiO₂.

Formazione (Minerogenesi)

Le modalità di formazione (minerogenesi) sono:

Inclusione di opale, Queensland, Australia.

• Stadio ortomagmatico, origina: olivina, pirosseni, anfiboli, miche, feldspati, feldspatoidi e quarzo.
• Stadio pegmatitico-pneumatolitico, si formano principalmente: tormalina, topazio, berillo, zircone.
• Stadio idrotermale, sono tipici alcuni minerali argillosi, soprattutto del gruppo della caolinite, le zeoliti, l’opale e il quarzo.
• Metamorfismo di contatto, caratteristici di questo processo sono: la cordierite, la vesuvianite.
• Silicati tipici si possono originare anche nel processo metamorfico regionale, quali: i granati, la wollastonite, il talco.
• Processo sedimentario in cui si formano altri silicati come argille, zeoliti, feldspati, opale, quarzo.

Proprietà fisiche

Le caratteristiche di durezza e sfaldatura non variano in maniera continua alla classificazione precedente. Si possono considerare due gruppi: il primo costituito dai Neso-, Soro-, Ciclo- e Tectosilicati, nei quali i tetraedri sono disposti senza preferenze direzionali; il secondo formato dagli ino- e fillosilicati nei quali invece si ha uno sviluppo direzionale netto.

Olivina sotto luce polarizzata.

Nei silicati del primo gruppo, la sfaldatura non è generalmente presente oppure non risulta facile, mentre la durezza è elevata (tra 5 e 8). I minerali del secondo gruppo presentano sfaldature facili, talvolta perfette, con valori di durezza variabili (tra 1 e 6) a seconda delle impalcature silicatiche. Il peso specifico nei silicati, di norma, è compreso tra 3-4, tranne per i fillosilicati che si abbassa sotto al 3.

Ottica

Per quanto riguarda le proprietà ottiche, si riscontra che gli indici di rifrazione diminuiscono passando dai neso- ai tectosilicati; la birifrangenza presenta invece valori modesti nei neso-, soro-, ciclo- e tectosilicati, e valori più elevati per gli ino- e i fillosilicati.

Bibliografia

• Cornelis Klein, Mineralogia, Zanichelli, prima edizione italiana

Voci correlate

• Minerale
• Vulcanismo
• Magma

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• silicati, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) silicate mineral, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.