Silica Tetrahedron Defined and Explained

De allra flesta mineraler i jordens stenar, från jordskorpan ner till järnkärnan, klassas kemiskt som silikater. Dessa silikatmineraler är alla baserade på en kemisk enhet som kallas silikatetraeder.

Du säger silikon, jag säger silika

De två är likadana (men varken bör förväxlas med silikon, vilket är ett syntetiskt material). Kisel, vars atomantal är 14, upptäcktes av den svenska kemisten Jöns Jacob Berzelius 1824. Det är det sjunde mest omfattande elementet i universum. Kiseldioxid är en kiseldioxid, därmed dess andra kiseldioxid, och är den primära komponenten i sand.

Tetrahedronstruktur

Den kemiska strukturen hos kiseldioxid bildar en tetrahedron. Den består av en central kiselatom omgiven av fyra syreatomer, med vilken den centrala atomen binds. Den geometriska figuren ritad runt detta arrangemang har fyra sidor, varvid varje sida är en liksidig triangel - en tetrahedron. Föreställa dig detta, föreställ dig en tredimensionell boll-och-stick-modell där tre syreatomer håller upp sin centrala kiselatom, ungefär som de tre benen i en avföring, med den fjärde syreatomen som sticker rakt upp ovanför den centrala atomen. 

oxidation

Kemiskt fungerar kiseldioxidtrycket så här: Kisel har 14 elektroner, varav två kretsar kring kärnan i det innersta skalet och åtta fyller nästa skal. De fyra återstående elektronerna är i sitt yttersta "valens" -skal, vilket lämnar fyra elektroner korta, vilket i detta fall skapar en katjon med fyra positiva laddningar. De fyra yttre elektronerna lånas lätt av andra element. Syre har åtta elektroner, vilket lämnar två kort än ett helt andra skal. Dess hunger efter elektroner är det som gör syre till ett så starkt oxidationsmedel, ett element som kan göra att ämnen förlorar sina elektroner och i vissa fall bryter ned. Till exempel är järn före oxidation en extremt stark metall tills den utsätts för vatten, i vilket fall det bildar rost och bryter ned.

Som sådan är syre en utmärkt matchning med kisel. Endast i detta fall bildar de ett mycket starkt band. Var och en av de fyra oxygnen i tetrahedronen delar en elektron från kiselatomen i en kovalent bindning, så den resulterande syreatomen är en anjon med en negativ laddning. Därför är tetrahedronen som helhet en stark anjon med fyra negativa laddningar, SiO₄^4-.

Silikatmineraler

Kiseldioxidavskiljaren är en mycket stark och stabil kombination som lätt kopplas samman i mineraler och delar oxygner i deras hörn. Isolerade kiseldioxid-tetraedrar förekommer i många silikater, såsom olivin, där tetraedrarna är omgivna av järn- och magnesiumkatjoner. Par av tetraeder (SiO₇) förekommer i flera silikater, varav den mest kända är hemimorfit. Ringar av tetraedra (Si₃O₉ eller Si₆O₁₈) förekommer i den sällsynta benitoiten respektive den vanliga turmalinen.

De flesta silikater är dock byggda av långa kedjor och ark och ramar av kiseldioxid. Pyroxenerna och amfibolerna har enskilda respektive dubbla kedjor av kiseldioxid-tetraeder. Ark av länkade tetraedrar utgör micas, leror och andra phyllosilicate mineraler. Slutligen finns det ramar av tetraedra, där varje hörn delas, vilket resulterar i en SiO₂ formel. Kvarts och fältspat är de mest framstående silikatmineralerna av denna typ.

Med tanke på förekomsten av silikatmineraler är det säkert att säga att de utgör den grundläggande strukturen på planeten.