Tetraedro di silice definito e spiegato

La stragrande maggioranza dei minerali nelle rocce terrestri, dalla crosta al nucleo di ferro, sono classificati chimicamente come silicati. Questi minerali di silicato sono tutti basati su un'unità chimica chiamata tetraedro di silice.

Tu dici silicio, io dico silice

I due sono simili (ma nessuno dei due dovrebbe essere confuso con silicone, che è un materiale sintetico). Il silicio, il cui numero atomico è 14, fu scoperto dal chimico svedese Jöns Jacob Berzelius nel 1824. È il settimo elemento più abbondante nell'universo. La silice è un ossido di silicio - da qui il suo altro nome, biossido di silicio - ed è il componente principale della sabbia.

Struttura del tetraedro

La struttura chimica della silice forma un tetraedro. È costituito da un atomo di silicio centrale circondato da quattro atomi di ossigeno, con cui l'atomo centrale si lega. La figura geometrica disegnata attorno a questa disposizione ha quattro lati, ogni lato è un triangolo equilatero, un tetraedro. Per immaginarlo, immagina un modello tridimensionale di stick-and-stick in cui tre atomi di ossigeno reggono il loro atomo di silicio centrale, proprio come le tre gambe di uno sgabello, con il quarto atomo di ossigeno che sporge direttamente sopra l'atomo centrale. 

Ossidazione

Chimicamente, il tetraedro di silice funziona in questo modo: il silicio ha 14 elettroni, di cui due orbitano attorno al nucleo nel guscio più interno e otto riempiono il guscio successivo. I quattro elettroni rimanenti sono nel suo guscio più esterno di "valenza", lasciandoli corti di quattro elettroni, creando, in questo caso, un catione con quattro cariche positive. I quattro elettroni esterni sono facilmente mutuati da altri elementi. L'ossigeno ha otto elettroni, lasciandolo a corto di un secondo guscio intero. La sua fame di elettroni è ciò che rende l'ossigeno un ossidante così forte, un elemento in grado di far perdere sostanze agli elettroni e, in alcuni casi, degradarsi. Ad esempio, il ferro prima dell'ossidazione è un metallo estremamente resistente fino a quando non viene esposto all'acqua, nel qual caso forma ruggine e si degrada.

Come tale, l'ossigeno si combina perfettamente con il silicio. Solo, in questo caso, formano un legame molto forte. Ciascuno dei quattro ossigeni nel tetraedro condivide un elettrone dell'atomo di silicio in un legame covalente, quindi l'atomo di ossigeno risultante è un anione con una carica negativa. Pertanto il tetraedro nel suo insieme è un anione forte con quattro cariche negative, SiO₄^4-.

Minerali di silicato

Il tetraedro di silice è una combinazione molto forte e stabile che si collega facilmente in minerali, condividendo ossigeni ai loro angoli. I tetraedri di silice isolati si verificano in molti silicati come l'olivina, dove i tetraedri sono circondati da cationi di ferro e magnesio. Coppie di tetraedri (SiO₇) si verificano in diversi silicati, il più noto dei quali è probabilmente l'emimorfite. Anelli di tetraedri (Si₃O₉ o Si₆O₁₈) si verificano rispettivamente nella rara benitoite e nella tormalina comune.

La maggior parte dei silicati, tuttavia, sono costruiti con lunghe catene e fogli e strutture di tetraedri di silice. I pirosseni e gli anfiboli hanno catene singole e doppie di tetraedri di silice, rispettivamente. Fogli di tetraedri collegati formano i micas, le argille e altri minerali fillosilicati. Infine, ci sono strutture di tetraedri, in cui ogni angolo è condiviso, risultante in un SiO₂ formula. Il quarzo e i feldspati sono i minerali di silicato più importanti di questo tipo.

Data la prevalenza dei minerali di silicato, è sicuro dire che formano la struttura di base del pianeta.