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Un silicato es cualquier miembro de una familia de aniones poliatómicos que consisten en silicio y oxígeno , generalmente con la fórmula general [SiO (4−2 x )− 4− x ].n , donde0 ≤x< 2.La familia incluyeortosilicatoSiO4−4(x= 0),metasilicatoSiO2−3(x= 1), ypirosilicatoSi2O6−7(x= 0,5,n= 2). El nombre también se usa para cualquiersalde tales aniones, comometasilicato de sodio; o cualquieréstergrupo químicocorrespondiente, comoortosilicato de tetrametilo. [ 1 ] El nombre "silicato" a veces se extiende a cualquier anión que contenga silicio, incluso si no se ajustan a la fórmula general o contienen otros átomos además de oxígeno; comohexafluorosilicato[SiF6]2−. Más comúnmente, los silicatos se encuentran comominerales de silicato.
Los silicatos son materiales versátiles para diversas necesidades de fabricación, tecnológicas y artísticas, tanto naturales (como el granito , la grava y el granate ) como artificiales (como el cemento Portland , la cerámica , el vidrio y el silicato de sodio ).
Principios estructurales
En la mayoría de los silicatos, un átomo de silicio ocupa el centro de un tetraedro idealizado cuyos vértices son cuatro átomos de oxígeno, conectados a él por enlaces covalentes simples según la regla del octeto . [ 1 ] Los átomos de oxígeno, que tienen cierta carga negativa, se unen a otros cationes (M n+ ). Este enlace Si-OMO-Si es fuerte y rígido, propiedades que se manifiestan en los silicatos con aspecto de roca. [ 2 ] : 435 Los silicatos se pueden clasificar según la longitud y el entrecruzamiento de los aniones silicato.
silicatos aislados
Los aniones ortosilicatos aislados tienen la fórmula SiO 4− 4 . Un mineral común en este grupo es el olivino ( (Mg,Fe) 2 SiO 4 ).
Dos o más átomos de silicio pueden compartir átomos de oxígeno de diversas maneras para formar aniones más complejos, como el pirosilicato de silicio .2 O 6− 7 .
Cadenas
Con dos óxidos compartidos unidos a cada silicio, pueden resultar estructuras cíclicas o poliméricas. El anillo de metasilicato cíclico Si6 O 12− 18 es unhexámerode SiO32-. poliméricostambién pueden existir como cadenas largas.
En los silicatos de cadena simple, que son un tipo de inosilicato , los tetraedros se unen para formar una cadena compartiendo dos átomos de oxígeno cada uno. Un mineral común en este grupo es el piroxeno .
Los silicatos de doble cadena, la otra categoría de inosilicatos, se producen cuando los tetraedros forman una doble cadena (no siempre, pero casi siempre) compartiendo dos o tres átomos de oxígeno cada uno. Los minerales comunes de este grupo son los anfíboles .
Hojas
En este grupo, conocido como filosilicatos , los tetraedros comparten tres átomos de oxígeno cada uno y, a su vez, se unen para formar láminas bidimensionales. Esta estructura da lugar a que los minerales de este grupo presenten un plano de exfoliación bien definido. Las micas pertenecen a este grupo. Tanto la moscovita como la biotita tienen capas muy débiles que pueden desprenderse en láminas.
Estructura
En un silicato reticular, conocido como tectosilicato , cada tetraedro comparte sus cuatro átomos de oxígeno con sus vecinos, formando una estructura tridimensional. El cuarzo y los feldespatos pertenecen a este grupo.
Silicatos con silicio no tetraédrico
Aunque el tetraedro es una geometría de coordinación común para los compuestos de silicio(IV), el silicio también puede presentarse con números de coordinación más altos. Por ejemplo, en el anión hexafluorosilicato SiF 2− 6 , el átomo de silicio está rodeado por seis átomos de flúor en una disposición octaédrica . Esta estructura también se observa en el anión hexahidroxisilicato Si(OH) 2− 6 que se encuentra en la taumasita , un mineral que se encuentra raramente en la naturaleza, pero que a veces se observa entre otros hidratos de silicato de calcio formados artificialmente en estructuras de cemento y hormigón sometidas a un ataque severo de sulfatos en suelos arcillosos que contienen pirita oxidada . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
A presiones muy altas, como las que existen en la mayoría de las rocas de la Tierra, incluso el SiO₂ adopta la geometría octaédrica hexacoordinada del mineral estishovita , un polimorfo denso de sílice que se encuentra en el manto inferior de la Tierra y que también se forma por choque durante impactos de meteoritos . [ 8 ]
Propiedades químicas
Los silicatos con cationes alcalinos y aniones pequeños o en forma de cadena, como el orto- y el metasilicato de sodio, son bastante solubles en agua. Al cristalizar a partir de una solución, forman varios hidratos sólidos. Los silicatos de sodio solubles y sus mezclas, conocidos como silicato de sodio soluble , son productos químicos industriales y domésticos importantes. Los silicatos con cationes no alcalinos, o con aniones poliméricos laminares y tridimensionales, generalmente tienen una solubilidad insignificante en agua en condiciones normales.
Reacciones
Los silicatos son generalmente inertes químicamente. Por ello, son minerales comunes. Su resistencia también los hace recomendables como materiales de construcción.
Cuando se tratan con óxidos de calcio y agua, los minerales de silicato forman cemento Portland .
Los equilibrios que implican la hidrólisis de minerales de silicato son difíciles de estudiar. El principal desafío es la muy baja solubilidad del SiO₄⁴⁻ y sus diversas formas protonadas. Dichos equilibrios son relevantes para los procesos que ocurren en escalas de tiempo geológicas. [ 9 ] [ 10 ] Algunas plantas excretan ligandos que disuelven los silicatos, un paso en la biomineralización .
Los catecoles pueden despolimerizar el SiO₂ —un componente de los silicatos con estructuras iónicas como el ortosilicato (SiO₄⁴⁻ ) , el metasilicato (SiO₂³⁻ ) y el pirosilicato (Si₂O₆⁷⁻ ) — mediante la formación de dianiones bis- y tris(catecolato)silicato a través de la coordinación. [ 11 ] Estos complejos pueden recubrirse sobre diversos sustratos para aplicaciones como sistemas de administración de fármacos y aplicaciones antibacterianas y antiincrustantes .
Detección
Los aniones silicato en solución reaccionan con los aniones molibdato , produciendo complejos de silicomolibdato amarillos . En una preparación típica, se observó que el ortosilicato monomérico reaccionaba completamente en 75 segundos; el pirosilicato dimérico en 10 minutos; y los oligómeros superiores en un tiempo considerablemente mayor. En particular, la reacción no se observa con suspensiones de sílice coloidal . [ 10 ]
Formación de zeolitas y polimerización de geopolímeros
La naturaleza de los silicatos solubles es relevante para comprender la biomineralización y la síntesis de aluminosilicatos , como los catalizadores de importancia industrial llamados zeolitas . [ 9 ] Junto con los aniones aluminato , los aniones silicato solubles también desempeñan un papel importante en el mecanismo de polimerización de los geopolímeros . Los geopolímeros son aluminosilicatos amorfos cuya producción requiere menos energía que la del cemento Portland ordinario . Por lo tanto, los cementos geopoliméricos podrían contribuir a limitar las emisiones de CO₂ en la atmósfera terrestre y el calentamiento global causado por este gas de efecto invernadero .
Véase también
Referencias
- 1 2 Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.
- ↑ La 23.ª edición del manual de ciencia mineral. Buch . Hoboken, NJ: Wiley. 2008. ISBN 978-0-471-72157-4.
- ↑ Crammond, NJ; Halliwell, MA (1995). La forma de taumasita del ataque de sulfato en hormigones que contienen una fuente de iones carbonato: una visión general microestructural . American Concrete Institute. doi : 10.14359/963 . ISBN 978-0-87031-652-4.
- ↑ Crammond, Norah (1 de junio de 2002). "La presencia de taumasita en la construcción moderna: una revisión" . Cement and Concrete Composites . 24 (3): 393– 402. doi : 10.1016/S0958-9465(01)00092-0 . ISSN 0958-9465 .
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- ↑ Longworth, T. I (2003-12-01). "Contribución de la actividad de construcción a las condiciones agresivas del suelo que causan el ataque de sulfato en forma de taumasita al hormigón en suelos piríticos" . Cement and Concrete Composites . Thaumasite in Cementitious Materials. 25 (8): 1005– 1013. doi : 10.1016/S0958-9465(03)00124-0 . ISSN 0958-9465 .
- ↑ Sims, Ian; Huntley (de soltera Hartshorn), Sarah A (1 de octubre de 2004). "La forma taumasita del ataque de sulfato: rompiendo las reglas" . Cement and Concrete Composites . 26 (7): 837–844 . doi : 10.1016/j.cemconcomp.2004.01.002 . ISSN 0958-9465 .
- ↑ Sinclair, W.; Ringwood, AE (1978). "Análisis de monocristal de la estructura de la estishovita" . Nature . 272 (5655): 714– 715. Bibcode : 1978Natur.272..714S . doi : 10.1038/272714a0 . ISSN 1476-4687 .
- 1 2 Knight, Christopher TG; Balec, Raymond J.; Kinrade, Stephen D. (2007). "La estructura de los aniones silicato en soluciones alcalinas acuosas". Angewandte Chemie International Edition . 46 (43): 8148– 8152. Bibcode : 2007ACIE...46.8148K . doi : 10.1002/anie.200702986 . PMID 17886822 .
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- ↑ Mazaheri, Omid (14 de noviembre de 2024). "Ensamblaje de recubrimientos de red de silicato-fenólico con propiedades ajustables para la liberación controlada de moléculas pequeñas" . Advanced Materials . 36 (52) 2413349. Bibcode : 2024AdM....3613349M . doi : 10.1002/adma.202413349 . PMID 39535829 .
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