نبذة تعريفية عن “المعادن السيليكاتية” وتقسيماتها

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الخامس

ترجمة أ.د عبد الله الغنيم واخرون

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

المعادن السيليكاتية تقسيمات المعادن السيليكاتية علوم الأرض والجيولوجيا

تكون المعادن السيليكاتية ما يقرب من 90% من صخور القشرة الأرضية وتتكون الوحدة الأساسية التي تشارك في بناء جميع المعادن السيليكاتية من أربعة أيونات من الأكسجين تحيط بأيون السيليكون رباعي التكافؤ وتتناسق معه، مكونة شكل رباعي الأوجه (tetrahedron).

وترتبط كل مجموعين متجاورتين من رباعي الأوجه. بعضهما مع بعض بواسطة أيون واحد أو أكثر من الأكسجين يشترك بينهما، ويتكون نتيجة لذلك مركبات سيليكاتية ذات بنيات مختلفة.

وتشتمل هذه المركبات السيليكاتية على رباعيات أوجه منفصلة ورباعيات أوجه مضاعفة منفصلة، وسلسلة مفردة (single chain)، وسلسلة مزدوجة وصفائح وهياكل متشابكة في أبعاد ثلاثة.

 

وتصنف المعادن السيليكاتية على أساس بنائها الذري ونسبة السيليكون إلى الأكسجين في هذا البناء، إذ تتوقف الخواص الفيزيائية للمعادن واستقرارها الكيميائي إلى حد كبير على هذه النسبة.

وقبل اكتشاف التحليل النبائي للسيليكات بواسطة الأشعة السينية في عام 1912 كان تحليل السيليكات يفسر عادة بالنسبة إلى أحماض افتراضية للسيليكون، فمثلاً الأوليفين كان يسمى أرثوسيليكات، وكان يعتبر ملحاً لحامض الارثوسيليسيك (H₄SiO₄).

أما الانستاتيت فكان يسمى ميتاسيليكات وكان يعتبر ملحاً لحامض الميتاسيليسيك (HSiO₃).

 

يلعب الألومنيوم دوراً هاماً في البنية البلورية والكيمياء البلورية للسيليكات، لأن النسبة نصف القطرية بين أيون الألومنيوم وأيون الأكسجين يمكن مقارنتها بعدد التناسق الرباعي (Four–coordination) وعدد التناسق السداسي (Six–coorination).

وعلى هذا فالالومنيوم له القدرة على القيام بدورين مختلفين في بناء المعادن السيليكاتية. وعندما يحل أيون الألومينوم ثلاثي التكافؤ (Al₃+) محل أيون السيليكون رباعي التكافؤ (Si 4+) في التناسق الرباعي تنقص شحنة من الهيكل البنائي المتعادل، الأمر الذي يحتم دخول أيون أحادي الشحنة الموجبة.

وعادة ما يحدث استبدال بين كاتيون ثنائي التكافؤ (مثل الكالسيوم) وكاتيون أحادي التكافؤ (مثل الصوديوم)، وقليلاً ما يكون الاستبدال بين كاتيون ثلاثي التكافؤ وآخر رباعي التكافؤ، وذلك حتى ينتج بناء متعادل الشحنات الكهربائية.

 

وقد يحدث استبدال مزدوج لبعض الأيونات في البناء البلوري. وفي بعض السليكات مثل شبكة السيليكون – أكسجين المكونة لمعادن السيليكا متعددة الشكل، يعادل إحلال الألومنيوم محل السيليكون بدخول كاتيون مثل الصوديوم في الفراغات البينية للتركيب البنائي في البلورة.

ويمكن التعبير عن التركيب الكيميائي للسيليكات في هيئة قانون عام هو: (XYZOW) وذلك على أساس العلاقات الاستبدالية بن العناصر الشائعة.

حيث X تمثل الأيونات كبيرة الحجم ومنخفضة الشحنة وعدد تناسقها (8) أو أكثر من الأكسجين، Y تمثل الأيونات متوسطة الحجم وثنائية أو ثلاثية أو رباعية التكافؤ وعدد تناسقها (6)، Z تمثل الأيونات الصغيرة عالية الشحنة وعدد تناسقها (4)، O تمثل الأكسجين، W تمثل مجموعات أيونية إضافية مثل (OH).

 

تعتمد الصفات البلورية والفيزيائية للمعادن السيليكاتية المختلفة على نوع شبكة السيليكات ، التي تنتمي إليها هذه المعادن.

فتتميز مجموعة الفيللوسيليكات (phyllosilicates) ببلورات في هيئة ألواح رقيقة ذات انفصام مواز لمستوى تطبق النبية السيليكاتية.

كما تتميز أيضاً مجموعة الاينوسيليكات (Inosilicates) ببلورات منشورية يوازي انفصامها – إن وجد – اتجاه استطالة البنية بينما تتميز مجموعة التكتونيز وسيليكات (Tectosilicates) ببلورات حبيبية متساوية.

 

تقسيم السيليكات:

المعادن النيزوسيليكاتية: Nesosilicates

تضم هذه المعادن جميع البنيات الرباعية الأوجه المنفصل، وترتبط رباعيات الأوجه بعضها ببعض فقط عن طريق البنية.

ونسبة السليكون إلى الاكسجين فيها 1: 4، من أمثلة هذا الأوليفين والجارنت والسليمنيت والاندلوسيت والكياتيت.

 

المعادن السور وسيليكاتية: Sorosilicates

تتميز هذه المعادن بمجموعات مزدوجة من رباعي الأوجه، يرتبط كل زوج منها بذرة أكسجين وتصبح نسبة السيلكون إلى الاكسجين 2: 7، وتعتبر مجموعة معادن الأبيدوت من أهم المعادن التي تنتمي إلى هذه المجموعة.

يوجد نوعان من الكاتيونات في التركيب الكيميائي لمعادن الابيدوت. يرمز للنوع الأول منها بالرمز (X) مثل الكالسيوم (Ca) والصوديوم (Na). أما النوع الثاني من الكاتيونات فهو ممثل بالرمز (Y) مثل الألومنيوم والحديديك.

 

المعادن السيكلوسيليكاتية: Cyclosilicates

تتكون هذه المعادن من حلقات متصلة من رباعي الأوجه، تكون فيها نسبة السليكون إلى الأكسجين 1: 3

وتوجد ثلاثة أنواع من الحلقات المقفلة هي الحلقة الثلاثية Si₃O₉­ (بنتونيت Bentonite) والحلقة الرباعية Si₄O₁₂ (اكسينيت Axinite) والحلقة السداسية Si₆O₁₈ (بيريل Beryl وتورمالين Tourmaline).

 

المعادن الاينوسيليكاتية: Insoilicates

تتكون هذه المعادن من مجموعات من رباعي الأوجه يرتبط بعضها عن طريق اشتراك كل ذرتين من ذرات الأكسجين الأربعة في رباعي الأوجه بين مجموعتين من رباعي الأوجه المتجاورتين.

وينتج عن هذا الارتباط بناء في شكل سلسلة بسيطة تكون فيها نسبة السليكون إلى الاكسجين: 1: 3 مثل البيروكسين.

وقد ترتبط السلاسل البسيطة بعضها ببعض لتكون سلاسل مزدوجة في اتجاه المحور البلوري (جـ) وتكون نسبة السليكون إلى الأكسجين في هذه الحالة 4: 11 مثل الأمفيبول.

 

المعادن الفيللوسيليكاتية: Phyllosilicates

يتكون البناء الذري لهذه المعادن من صفائح من السيليكون والأكسجين، حيث تشترك ثلاث ذرات أكسجين من الأربع الموجودة عند أركان رباعي الأوجه مع رباعيات الأوجه الأخرى، وبذلك تكون نسبة السيليكون إلى الأكسجين 2: 5.

وتحتوي معادن هذه المجموعة على أيون الهيدروكسيل (OH)، وتعزي الخواص المختلفة لهذه المعادن إلى الموقع الذي يحتل هذا الأيون في البناء السيليكاتي للمعادن. ومن أمثلة هذه المعادن الميكا والتلك ومعادن الطين.

 

المعادن التكتوسيليكاتية: Tectosilicates

يتكون بناء هذه المعادن من هيك شبكي له أبعاد ثلاثة، حيث تشترك ذرات الأكسجين في أركان رباعي الأوجه بين مجموعتين من رباعي الأوجه المجاورة، وينتج بناء مستقر قوى الارتباط تكون فيه نسبة السيليكا إلى الأكسجين: 1: 2 مثل التركيب الخاص بثاني أكسيد السليكون.

ويشتق من السيليكا أنواع من السيليكات وذلك باستبدال الألومنيوم ببعض ذرات السيليكون ومعادلة الشحنة الناتجة بأيونات موجبة كما هو الحال في الفلسبارات والفلسباثويد.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]