سیلیکاتها و غیرسیلیکاتها: ساکنان اصلی پوسته زمین
بلوک ساختمانی مشترک: چهاروجهی سیلیس-اکسیژن
همۀ کانیهای سیلیکاتی از یک واحد سازندۀ بسیار کوچک و ثابت به نام چهاروجهی سیلیس-اکسیژن ساخته شدهاند. این واحد مانند یک هرم کوچک چهارضلعی است که یک اتم سیلیسیم در مرکز آن و چهار اتم اکسیژن در چهار گوشۀ آن قرار دارد.
این چهاروجهیها مانند آجرهای لِگو میمانند. نحوۀ چیدمان و اتصال این «آجرها» به یکدیگر، انواع بسیار متفاوت کانیهای سیلیکاتی را ایجاد میکند. آنها میتوانند به صورت جزایر مجزا، زنجیرههای طویل، ورقههای پهناور یا حتی شبکههای سهبعدی محکم به هم متصل شوند. این تفاوت در آرایش، خواص کاملاً متفاوتی (مانند سختی، شکل ظاهری و رنگ) به کانیها میدهد.
دستهبندی کانیهای سیلیکاتی بر اساس ساختار
دانشمندان کانیهای سیلیکاتی را بر اساس روش اتصال چهاروجهیها به یکدیگر، در هفت گروه اصلی قرار میدهند. درک این گروهها با تصور الگوهای مختلف اتصال لِگوها آسانتر میشود.
| نام گروه | الگوی اتصال | مثالهای معروف | توضیح و کاربرد |
|---|---|---|---|
| سیلیکاتهای جزیرهای | چهاروجهیهای تنها و جدا از هم | الیوین، نارسنگ | مانند جزیرههای پراکنده در دریا. الیوین در سنگهای آتشفشانی مانند بازالت یافت میشود. |
| سیلیکاتهای زنجیرهای | چهاروجهیهای متصل به صورت زنجیر | پیروکسن، آمفیبول | مانند زنجیرهای طویل. این کانیها در بسیاری از سنگهای آذرین و دگرگونی وجود دارند. |
| سیلیکاتهای ورقهای | چهاروجهیهای متصل به صورت صفحه | میکا (از جمله میکای سفید و سیاه)، کائولینیت (خاک رس) | ورقهها میتوانند به راحتی روی هم بلغزند. میکا برق میزند و به راحتی ورقهورقه میشود. خاک رس برای ساخت سفال استفاده میشود. |
| سیلیکاتهای شبکهای | چهاروجهیهای متصل در سه جهت (شبکه) | کوارتز، فلدسپات | محکمترین ساختار را دارند. کوارتز جزء اصلی ماسه است و در ساخت شیشه به کار میرود. فلدسپات رایجترین کانی در پوسته زمین است. |
گروههای رنگارنگ کانیهای غیرسیلیکاتی
کانیهای غیرسیلیکاتی، گروههای متنوعی هستند که در ترکیب خود چهاروجهی سیلیس-اکسیژن را ندارند. آنها منبع بسیاری از مواد ارزشمند و ضروری برای تمدن بشری بودهاند.
| نام گروه | ترکیب اصلی | مثالهای معروف | کاربرد در زندگی روزمره |
|---|---|---|---|
| کربناتها | یون کربنات $(CO_3)^{2-}$ | کلسیت، دولومیت | کلسیت ماده اصلی سنگ آهک است. از آهک در ساختوساز، تولید سیمان و حتی در صنایع غذایی استفاده میشود. پوسته تخم مرغ و صدف دریایی نیز از جنس کلسیت هستند. |
| اکسیدها | ترکیب فلز با اکسیژن | هماتیت، مگنتیت، بوکسیت | هماتیت و مگنتیت سنگمعدن اصلی آهن هستند. همه فولاد به کار رفته در خودروها، اسکلتهای ساختمانی و ریل قطار از این کانیها به دست میآید. بوکسیت نیز سنگ معدن آلومینیوم است. |
| سولفیدها | ترکیب فلز با گوگرد | گالن (سرب)، کالکوپیریت (مس)، پیریت (طلای ابلهان) | گالن منبع اصلی سرب در باتریهای اسیدی است. کالکوپیریت یکی از مهمترین سنگمعدنهای مس برای ساخت سیمهای برق است. |
| سولفاتها | یون سولفات $(SO_4)^{2-}$ | ژیپس | ژیپس ماده اصلی تولید گچ ساختمانی و تختهسیاه (تخته گچی) است. |
| هالیدها | ترکیب فلز با هالوژنها (مانند کلر) | هالیت (نمک طعام) | هالیت همان نمک خوراکی است که هر روز از آن استفاده میکنیم. فرمول شیمیایی ساده آن $NaCl$ است. |
کانیها در اطراف ما: از آشپزخانه تا ساختمانسازی
شاید باور نکنید، اما از لحظه بیدار شدن تا زمان خواب، با محصولات حاصل از کانیهای سیلیکاتی و غیرسیلیکاتی احاطه شدهایم. درست است که آنها را به شکل خالص در ویترین موزه میبینیم، اما شکل فرآوری شده آنها بخشی جداییناپذیر از زندگی مدرن است.
صبح که مسواک میزنید، دسته بسیاری از مسواکها از پلاستیک ساخته شده که ماده اولیه آن نفت است. اما خود خمیردندان اغلب حاوی سیلیس بیرنگ و بسیار ریز (مشتق شده از کوارتز) است که به عنوان ساینده ملایم برای پاک کردن پلاک دندان عمل میکند. وقتی برای صبحانه از یک لیوان شیشهای آب مینوشید، بدانید که ماده اصلی شیشه، سیلیس (کوارتز ذوب و خنک شده) است. اگر خانه شما دارای گچبری یا دیوارهای گچی است، از محصول کانی ژیپس استفاده شده است. کفپوشهای سرامیکی آشپزخانه و سرویس بهداشتی نیز از خاک رس (یک سیلیکات ورقهای) پخته شده ساخته میشوند.
در مقیاس بزرگتر، ساختمانهای بلند بدون کانیهای غیرسیلیکاتی غیرممکن بودند. اسکلت فولادی این ساختمانها از آهن ذوب شده که از کانیهای هماتیت و مگنتیت به دست آمده، ساخته میشود. سیمان پرتلند که برای بتنریزی استفاده میشود نیز حاوی کلسیت (سنگ آهک پخته) و خاک رس است. حتی لولههای قدیمی آب از سرب (استخراج شده از کانی گالن) ساخته میشدند، هرچند امروزه به دلیل سمّی بودن، بیشتر از مس و پلاستیک استفاده میشود.
پرسشهای متداول درباره سیلیکاتها و غیرسیلیکاتها
پاورقی
۱. سیلیسیم (Silicon): یک عنصر شبهفلز با عدد اتمی ۱۴. پس از اکسیژن، فراوانترین عنصر در پوسته زمین است.
۲. سیلیکات (Silicate): به دستهای از کانیها گفته میشود که در ساختار شیمیایی خود دارای چهاروجهی سیلیس-اکسیژن $(SiO_4)$ هستند.
۳. غیرسیلیکات (Non-Silicate): به کانیهایی گفته میشود که در ترکیب خود چهاروجهی سیلیس-اکسیژن ندارند و بر اساس آنیون اصلی خود (مانند کربنات، اکسید، سولفید و ...) دستهبندی میشوند.
۴. عناصر خالص (Native Elements): گروهی از کانیهای غیرسیلیکاتی که تنها از اتمهای یک عنصر خاص تشکیل شدهاند، مانند طلا، مس، گوگرد، الماس و گرافیت.
