کانی‌های سیلیکاتی: بلوک‌های سازندهٔ پوستهٔ زمین
ساختار بنیادی: چهاروجهی سیلیکات
همه چیز با یک اتم مرکزی سیلیسیم۳ و چهار اتم اکسیژن آغاز می‌شود. این چهار اتم اکسیژن به شکل یک هرم مثلث‌القاعده (چهاروجهی) به دور اتم سیلیسیم جمع می‌شوند. این واحد سازنده، $(SiO_4)^{4-}$ نام دارد و مانند یک آجر لِگو است که می‌تواند به روش‌های مختلفی به آجرهای دیگر متصل شود.
این چهاروجهی‌ها به تنهایی پایدار نیستند و برای خنثی‌سازی بار منفی خود، باید با کاتیون‌های فلزی۴ (یون‌های با بار مثبت) ترکیب شوند یا با یکدیگر اشتراک اکسیژن داشته باشند. نحوهٔ اتصال این چهاروجهی‌ها به یکدیگر، مبنای اصلی طبقه‌بندی کانی‌های سیلیکاتی است و خواص بسیار متفاوتی مانند سختی، رنگ و شکل بلور را به وجود می‌آورد.
طبقه‌بندی کانی‌های سیلیکاتی بر اساس نحوهٔ اتصال
زمین‌شناسان کانی‌های سیلیکاتی را بر اساس تعداد گوشه‌هایی از چهاروجهی‌ها که با هم مشترک هستند، در شش گروه اصلی قرار می‌دهند. این طبقه‌بندی مانند دسته‌بندی حیوانات بر اساس ویژگی‌های فیزیکی است.
| گروه ساختاری | نحوهٔ اتصال | نمونه‌های معروف | کاربرد یا ویژگی |
|---|---|---|---|
| نسوز۵ (تکتوسیلیکات) | چارچوب سه‌بعدی؛ همهٔ گوشه‌ها مشترک هستند. | کوارتز۶، فلدسپات۷ | ساخت شیشه، ساینده، سنگ‌های قیمتی |
| ورقهای۸ (فیلوسیلیکات) | ورقه‌ها یا لایه‌هایی که توسط پیوندهای ضعیف به هم متصل شده‌اند. | میکا۹ (مسکویت۱۰، بیوتیت۱۱)، کائولینیت۱۲ | عایق الکتریکی، مادهٔ اولیهٔ سفال و سرامیک |
| زنجیره‌ای مضاعف۱۳ (اینوسیلیکات) | دو زنجیرهٔ موازی که به هم متصل شده‌اند. | هورنبلند۱۴، اکتینولیت۱۵ | تشکیل‌دهندهٔ بسیاری از سنگ‌های آذرین و دگرگونی |
| تک‌زنجیره‌ای۱۶ (اینوسیلیکات) | زنجیره‌های بلند و تک‌رشته‌ای از چهاروجهی‌ها. | پیروکسن‌ها۱۷ (آگیت۱۸) | شناسایی انواع سنگ‌ها |
| گروهی مستقل۱۹ (نسوسیلیکات) | چهاروجهی‌های منفرد که مستقیماً به کاتیون‌ها متصل شده‌اند. | اولیوین۲۰، گارنت۲۱ | سنگ‌های قیمتی (پریدوت، گارنت)، شن سبز ساحل |
| حلقه‌ای۲۲ (سیکлосیلیکات) | چهاروجهی‌ها به شکل حلقه‌های شش‌تایی یا هشت‌تایی به هم متصل شده‌اند. | بریل۲۳ (زمرد)، تورمالین۲۴ | سنگ‌های قیمتی بسیار ارزشمند |
کانی‌های سیلیکاتی در زندگی روزمره و صنعت
شاید ندانید، اما شما هر روز با محصولات ساخته‌شده از کانی‌های سیلیکاتی در تماس هستید. از شیشهٔ پنجره‌ها که از کوارتز ذوب‌شده ساخته می‌شود تا ظروف سفالی و چینی که از کانی‌های رسی گروه ورقهای مانند کائولینیت شکل می‌گیرند. تالک۲۵، نرم‌ترین کانی شناخته‌شده که در پودر بچه استفاده می‌شود، نیز عضوی از این خانواده است.
در صنعت ساخت‌وساز، گرانیت که یک سنگ آذرین سخت است، عمدتاً از کوارتز و فلدسپات تشکیل شده و برای کف‌پوش و نماکاربرد گسترده‌ای دارد. الیوین نیز در صنعت فولادسازی به عنوان یک نسوز مورد استفاده قرار می‌گیرد. نمونهٔ جالب دیگر، آزبست۲۶ است که به دلیل ساختار الیافی و مقاومت در برابر آتش، زمانی به‌طور گسترده در عایق‌کاری استفاده می‌شد، اما امروزه به‌دلیل خطرات سلامتی، استفاده از آن محدود شده است.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر، این یک اشتباه رایج است. کوارتز ($SiO_2$) یک کانی سیلیکاتی سخت است که در برابر خراش مقاومت می‌کند. اما کلسیت ($CaCO_3$) یک کانی کربناتی است که با اسید (مثل سرکه) واکنش داده و حباب تولید می‌کند. کوارتز چنین واکنشی ندارد.
این ویژگی به دلیل ساختار ورقهای آن‌هاست. پیوندهای بین لایه‌های چهاروجهی‌های سیلیکات بسیار قوی هستند، اما پیوندهایی که این لایه‌ها را به یکدیگر متصل می‌کنند، ضعیف‌اند. بنابراین، این لایه‌ها به راحتی روی هم می‌لغزند و از هم جدا می‌شوند، درست مانند ورقهای یک کتاب.
خیر. الماس از اتم‌های کربن خالص تشکیل شده است و هیچ سیلیسیمی در ساختار آن وجود ندارد. بنابراین، الماس در دسته‌بندی کانی‌های سیلیکاتی جای نمی‌گیرد و یک کانی بومی۲۷ است.
پاورقی
۱ Silicate Minerals – ۲ Silica Tetrahedron – ۳ Silicon – ۴ Cations – ۵ Framework Silicates (Tectosilicates) – ۶ Quartz – ۷ Feldspar – ۸ Sheet Silicates (Phyllosilicates) – ۹ Mica – ۱۰ Muscovite – ۱۱ Biotite – ۱۲ Kaolinite – ۱۳ Double Chain Silicates (Inosilicates) – ۱۴ Hornblende – ۱۵ Actinolite – ۱۶ Single Chain Silicates (Inosilicates) – ۱۷ Pyroxenes – ۱۸ Augite – ۱۹ Independent Tetrahedra Silicates (Nesosilicates) – ۲۰ Olivine – ۲۱ Garnet – ۲۲ Ring Silicates (Cyclosilicates) – ۲۳ Beryl – ۲۴ Tourmaline – ۲۵ Talc – ۲۶ Asbestos – ۲۷ Native Mineral