Silikat

In der Chemi isch ä Silikat ä Verbindig vu Silicium un Sürstoff (Si_xO_y), ainem oder mehrere Metalle un eventuell au Hydroxid-Ione. Mit Silikat bezaichnet mer au d'Salze vum Silicium un vu de Chiselsüri, lueg au Quarz.
In de Mineralogi bilde d' Silikate oder Silikatminerale ä großi Mineralgruppe.

D'Erdchruste bestot zue yber 90 Prozent, de Erdmantel fast vollständig us Silikate. Die hüfigste Silikate in de Erdchruste sin mit 50-60 Volumenprozent d'Feldspäte. Anderi wichtigi gstaibildendi Minerale sin Glimmer, Tonminerale, Amphibole, Pyroxene, Granat un Olivin. S'hüfig Mineral Quarz (SiO₂) wird in dytschsprochiger Literatur zue de Oxide zellt, im anglo-amerikanische Schrifttum zue de Silikate grechnet.

Struktur

Alle Silikatminerale isch ä gmainsams Bauprinzip aige, deshalb len si sich relativ aifach in ä systematischi Ornig bringe. D'Grundbaustai vu alle Silikate sin SiO₄-Tetraeder. Ä Siliciumatom isch debi vu viir Sürstoffatome umgä. D'Sürstoffatome berüehre sich wäge ihrer Größi, in de Mitti blibt Platz fer s'relativ chlai Siliciumatom (de fri Ruum haißt Tetraederlucke).

Ä witteri Aigeschaft vu de Silikate bestot in de Fähigkait vu de Sürstoffatome gliichzittig an verschidene SiO₄-Komplexe dailzha. Dorus ergäbe sich näbe isoleerte SiO₄-Tetraeder witteri, zämmegsetzte Bauelemente:

isoleerti Tetraeder
Doppeltetraeder
Ringstrukture
Aifach- un Doppelchette
Schichtstrukture
Grüststrukture

Aluminium verhalded sich chemisch ähnlich und cha des Silicium ersetze (substitueere), Silikate, wo säll in dene passeert, nennt mer Alumosilikate. Bi Ibau vu Aluminium (Al³⁺ statt Si⁴⁺) in s'Mineralgitter muess e Ladigsusgliich dur Ibau vu wittere positiv gladene Ione (Katione) erfolge. S'Al:Si-Verhältnis cha de Wert 1 nit yberschritte, raini Aluminate chumme in de Natur nit vor.

Systematik vu de Silikatminerale

D'Silikate bilde, wie beraits erwähnt, ä usserst usdähnti Mineralfamilie. Es trätte großi Underschid hisichtlich vu de chemische Zämmesetzig, Kristallsymmetri, Bindigsarte un Struktur vu de Grundbaustai uf. Es besteen dorum verschidini Klassifikationsschemata fer Silikatminerale. D Systematik, wo in Dytschland yblich isch, dailt d'Silikate nooch em Grad vu de Polymerisation vu de SiO₄-Tetraeder i.

Bemerkige zu de Schribwiis vu de chemische Summeformle

Ä veraifachti schematischi Formle vu Silikate isch:

\mathrm {M_{n}\left[\left(Si_{x}O_{y}\right)^{4x-2y}\right]}

.

An d'Stelle vu de Sürstoff-Siliciumkomplexe chänne Hydroxid- oder Fluoridione trätte. D'Position vu "M" wird vu ainem oder mehrere Metallione bis zum Ladigsusgliich besetzt. In s'Gitter vu bsunders wittmaschige Silikate cha au Wasser iglageret werre. Wenn ime bestimmte Mineral datsächlich ainigi vu de Si_xO_y-Komplexe dur Ione wie Fluorid (F^-) oder Hydroxid (OH^-) ersetzt werre, so dütet mer des dur senkrechti Trennstrich im letzte Term vu de Formle a, zum Bispil

\mathrm {Al_{2}\left[Si_{2}O_{5}|(OH)_{4}\right]}

, Kaolinit.

Iglagerts Wasser wird folgendermaße noteert:

\mathrm {Na[AlSi_{2}O_{6}]\cdot H_{2}O}

, Analcim.

Klassifikation nooch em Polymerisationsgrad vu de SiO₄-Tetraeder

Inselsilikate (Nesosilikate)

Bi de Inselsilikate lige isoleerti SiO₄-Tetraeder vor. Verträtter:

Olivin: $\mathrm {(Mg,Fe)_{2}[SiO_{4}]}$
Zirkon: $\mathrm {Zr[SiO_{4}]}$

Gruppesilikate (Sorosilikate)

Je zwai SiO₄-Komplexe sin yber ä Sürstoffatom zue Doppeltetraeder verbunde, wobi säller so gnennt Bruckesürstoff jedem SiO₄-Tetraeder zue de Hälfti aghört. S'Si:O Verhältnis in Gruppesilikate isch dodemit 2:7. Sälli Struktur chummt wäniger hüfig vor, ä Bispil isch s'Mineral Gehlenit (Ca₂Al[(Si,Al)₂O₇]).

Ringsilikate (Cyclosilikate)

In Ringsilikate sin d'SiO₄-Tetraeder zu isoleerte Driier-, Viirer- un Sechserringe gruppiert. Jedes Siliciumion dailt sich je zwai Süerstoffione mit zwai benoochbarte Tetraeder. Dorus ergäbe sich die folgende Formle fer d'Ringstrukture:

[Si₃O₉]^6-
[Si₄O₁₂]^8-
[Si₆O₁₈]^12-.

Beryll (Al₂Be₃[Si₆O₁₈]) un Turmaline ghöre zue de Ringsilikate.

Ainfach- un Doppelkettesilikate (Inosilikate)

Zue de Chettesilikate ghöre zwai wichtigi Gruppe vu gstainsbildende Minerale: Pyroxene un Amphibole. D'Pyroxene bilde aidimensionali Aifachchette, debi ghöre je zwai vu de Sürstoffione gliichzittig zwai Tetraederkomplexe a, worus sich ä Si:O-Verhältnis vu 1:3 ergit (z. B. Diopsid (CaMg[Si₂O₆]).

Amphibole bilde aidimensionali Doppelchette. Debi sin zwai Aifachchette sitlich yber Bruckesürstoff verbunde. Gegenyber de Aifachchette het zuesätzlich jeder zwait Tetraeder jedere Aifachchette mit sinem jewilige Noochber ä Sürstoffion gmainsam. S'Si:O-Verhältnis bi Doppelchettesilikate betrait 4:11. In sonige silikatische Doppelchette sin Hohlrüüm vorhande, in die (OH)^-- un F^--Ionen iträtte chänne. In de chemische Summeformle wird s'dur ä vertikale Strich zum Usdruck brocht. Ä Mineral us de Gruppe vu de Amphibole isch Aktinolith (Ca₂(Mg,Fe)₅[(OH)₂|Si₈O₂₂]).

Schichtsilikate (Phyllosilikate)

Dur wittergoendi Polymerisation bilde sich us Chettestrukture zwaidimensionali Schichtstrukture vu SiO₄-Tetraeder. Innerhalb vu ere Schicht dailt sich debi jedes Siliciumion dri vu sine Sürstoffione mit sine Noochbere. S'Si:O-Verhältnis vu de Schichtsilikate betrait 2:5. Zwische de SiO₄-Schichte befinde sich Hohlrüüm die mit (OH)^-- un F^--Ione besetzt werre chönne.

D'Schichtsilikate besitze ä wittergoendi Systematik un werre underdailt in Zwai- un Drischichtsilikate, ä witteri Underdailig berucksichtigt d'Strukture un Ione, wo sich zwische zwai Tetraederschichte befinde.

Zue de Schichtsilikate ghöre Mineralgruppe wie Glimmer, Talk, Serpentin un Tonminerale wie Vermiculit, Bispile sin Muskovit (ä Drischichtsilikat) (KAl₂[(OH)₂|AlSi₃O₁₀]) un Kaolinit (ä Zwaischichtsilikat) (Al₄[(OH)₈|Si₄O₁₀].

Grüstsilikate (Tectosilikate)

Bi Grüstsilikate ghört jedes Sürstoffion glichzittig zwai benoochberte Tetraeder a. Dodur entsten dridimensionali Netzstrukture. Es ergit sich die chemisch Summeformle SiO₂; des isch Quarz. Fer witteri Grüstsilikate muess Silicium dur Aluminium ersetzt werre. De Ladigsusgliich erfolgt dur Ilagerig vu Katione. Zue de Grüstsilikate ghöre d'Feldspäte un Feldspatverträtter, ä wäge ihrer Hüfigkait usserordentlich wichtigi Gruppe vu Minerale. Bispile sin Minerale us de Mischraihe vu de Plagioklase (Albit - Anorthit): (NaAlSi₃O₈ - CaAl₂Si₂O₈).

In s'wittmaschig Gitternetz vu ainige Feldspatverträtter chänne sogar großi Moleküle wie H₂O igbaut werre. Bi hocher Temperatur entwiicht s'Wasser, wird aber bi nidriger Temperatur in mit Wasserdampf gsättigter Umgäbig wiider ins Kristallgitter ibaut. Sälli wasserhaltige Minerale ghöre zue de Gruppe vu de Zeolithe (z. B. Natrolith (Na₂[Al₂Si₃O₁₀]*nH₂O).

Amorphi Silikate

Opal isch amorphs Siliciumdioxid mit iglagertem Wasser (SiO₂ * nH₂O). Er wird wie Quarz vu ainige Autore zue de Oxidminerale gstellt. Die hochstrukturirte Schale vu Chiselalge (Diatomee) un vu Strahledeerli (Radiolaria) sin us amorphem Siliciumdioxid (SiO₂) ufbaut.

Klassifikation nooch Kostov

Sälli Idailig berueht hauptsächlich uf de chemische Zämmesetzig vum Silikat un siner Kristallmorphologi, lueg witter unde de Punkt "Witteri Literatur".

Technischi Silikate

Vili Silikate werre industriell gfertigt. Do sin an prominentister Stell d' Gläser z'nenne. Sälli werre in de Regel us Quarzsand (SiO₂) un Metalloxide ime Glasschmelzofe hergstellt (z. B. Fa. Schott / Mainz [1]).

In Wasser löslichi Gläser, sognennti Wassergläser, werre ebeso us Quarzsand (SiO₂) un Metalloxide (do: Na₂O - z. B. als Soda Na₂CO₃ oder K₂O) ime Glasschmelzofe hergstellt (z. B. Fa. Cognis / Düsseldorf [2]).

Us Wasserglas werre großtechnisch dur Reaktion mit Süre u. a. Gele, Chiselsüri, Silikate un Zeolithe hergstellt.

Gele (Silicagel) erhaldet mer dur Reaktion vu Wasserglas mit Schwäfelüri under süre Reaktionsbedingige (z. B. Fa. Grace / Worms [3]).

Wird d'Reaktion under basische Bedingige durgfüehrt erhaldet mer sognennti "gfällti" Chiselsüre (z. B. Fa. Degussa / Wesseling [4]).

Silikate erhaldet mer dur Reaktion vu Wasserglas mit süre Metallsalze (z. B. Aluminiumsulfat).

Vorchumme

Silikate chumme in alle Wässer in nidriger Konzentration glöst vor.
Manchi Organismengruppe bilde kiseligi Skelette, d'Hauptproduktion erfolgt vermuetlich dur planktonisch läbendi Organisme wie Diatomee /Chiselalge un Strahledeerli (Radiolaria). Manchi Schwämm baue ebefalls chiselige Grüststrukture uf.
Himmelskörper, wo iberwigend us Silikate besto dien, sin per defintionem erdähnlich

Verwendig

Als Schmuck- un Edelstai

D'Inselsilikate Granat, Olivin, Topas un Zirkon werre in rainer Qualität als Schmuckstai verchauft.
D'Quarzvarietäte Amethyst, Aventurin, Chalcedon, Citrin, Moosachat sind beliebti Schmuckstai.
D'Feldspäte Amazonit, Labradorit un de Feldspatverträtter Sodalith werre als Schmuckstai verwendet.
Smaragd, ä Edelstai, isch ä Varietät vu Beryll.

Industriell

Talk isch viilsitig verwendbar. Er wird in de Farbe- un Glasindustri un als Schmirmiddel verwendet. Als gmahlener Grundstoff (no Talcum gnennt) isch er in vile Kosmetika enthalde un bestimmti Sportler, Turner ribe ihri Händ demit i, um nit abzglide.
Asbest (Chrysotil)isch wäge siner Isoleer-, Dämm- un firfeste Aigeschafte bim Baue verwendet worre, aber wäge gsundhaitsschädigende Näbewirkige middlerwili us de Modi chu. Zue de Herstellig vu firfeste un korrosionsbeständige Werchstoffe sin au d'Minerale Zirkon, Muscovit, Andalusit, Sillimanit un Disthen gaignet.
Kaolinit isch ä wichtige Raustoff fer d'Keramikindustri z. B. fer d'Herstellig vu firfeste Tigel un vu Mure- un Dachziegle.
Zeolithe finde Verwendig als Ionentuscher (so gnennti Molekularsib) un als Phosphat-Ersatz zue de Enthärtig vu Wasser in Weschmiddel, in Zirwaiher, um im Wasser Nährstoff z'entziege, verhinderet Eutropheerig, sogar als Nahrigsergänzig zue de "Entschlackig".
Wasserglas als Chläber, Füllstoff z. B. in de Papeerindustri, zum Abdichte vu füchtem Murwerch, Zuesatz in diffusionsoffene Butzmischige.
Nanosilikate aigne sich wäge ihrer große Oberflächi un Adsorptionsfähigkait als Träger fer Katalysatormaterialie oder medizinischi Wirkstoffe. Do wird d'Herstellig im großtechnische Maßstab noch erforscht; ersti Durchbrüch sin mit de Stöbersilikaten erraicht worre, die im Labormaßstab hergstellt werre chänne.

Witteri Literatur

W. L. Bragg (1930): The structure of silicates. Z. Kristallogr., 74: 237--305.
W. A. Deer, W. A. Howie und J. Zussman (1982): Rock-Forming Minerals, Volume 1A: Orthosilicates. Longman, London, 2. Auflage.
I. Kostov (1975): Crystal chemistry and classification of silikate minerals. Geokhimiya, Mineralogiya i Petrologiya. 1: 5--41.
F. Liebau (1962): Die Systematik der Silikate. Naturwissenschaften. 49: 481--491.
S. Matthes (1993): Mineralogie. Springer-Verlag, Berlin, 4. Auflage.("inzwischen git's ä neii Usgab, Datum ubechannt")
S. Na'ray-Szabo (1930): Ein auf der Kristallstruktur basierendes Silicatsystem. Z. Physik. Chem. Abt.. B9: 356--377.
H. Pichler und C. Schmitt-Riegraf (1987): Gesteinsbildende Minerale im Dünnschliff. Enke Verlag.
P. H. Ribbe (1982): Reviews in mineralogy Volume 5: Orthosilicates. Mineralogical Society of America, Washington, 2. Auflage.
J. V. Smith und W. L. Brown (1988): Feldspar Minerals, Volume 1. Springer-Verlag, Berlin, 2. Auflage.
H. Strunz (1978): Mineralogische Tabellen, 3, 7. Auflage Akademische Verlagsgesellschaft Gees & Portig, Leipzig.
W. E. Tröger (1952): Optische Bestimmung der gesteinsbildenden Minerale, Teil 1: Bestimmungstabellen. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, 4. Auflage.
W. E. Tröger (1967): Optische Bestimmung der gesteinsbildenden Minerale, Teil 2: Textband. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, ?. Auflage.
T. Zoltai (1960): Classifikation of silicates and other minerals with tetrahedral structures. American mineralogist. 45: 960--973

Weblink

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