Mineralogía sistemática según Dana
Los silicatos son de lejos el grupo más grande de minerales. Silicatos son los principales componentes de la gran mayoría de las rocas magmáticas, metamórficas y sedimentarias.
Típicos silicatos de rocas magmáticas son por ejemplo: los Feldespatos (Ortosa, Plagioclasa), Feldespatoides, Mica, Piroxeno, Anfíbola, Olivino, Turmalina etc.
Silicatos productos de procesos metamórficos son por ejemplo: Granate, Andalucita, Silimanita, Estaurolita, Serpentina
Los minerales de arcilla (Caolinita, Esmectita, Montmorillonita, Ilita, entre otros) son silicatos productos de la meteorización (al menos predominantemente) y, por lo tanto, importantes minerales formadores de rocas sedmentarias.
Piroxeno, Anfíbola, Granate, Turmalina, Feldespato, Mica, entre otros, son grupos de minerales con características similares, frecuentemente con composiciones químicas muy complejas.
Los silicatos tienen en común que son compuestos de tetraedros SiO4 en combinación con -principalmente- Ca, Na, K, Al, Fe, Mg, y muchos otros elementos químicos menos frecuentes. Además, pueden incorporar dentro de su estructura cristalina agua en forma de grupos OH- , moléculas de agua H2O y varios otros complejos aniónicos. Una parte del silicio de los tetraedros puede ser reemplazada por aluminio. La enorme cantidad de silicatos se basa en la posibilidad de los tetraedros SiO4 de unirse entre sí formando grupos, anillos, cadenas, láminas y armazones muy complejos de tetraedros que se combinan con los diferentes cationes y demás componentes.
Nesosilicatos
La estructura básica de todos los silicatos es el tetraedro (SiO4)4-, con el átomo de sílicio en el centro y los cuatro átomos de oxigeno ubicados en los vértices de la figura geométrica llamada "tetraedro". La razón de silicio : oxígeno en esta estructura es 1 : 4. Silicatos formados por estos tetraedros simples se llaman los "neso-silicatos". Típicos representantes de este grupo son el Olivino, el Granate y el Circón.
Sorosilicatos
Al combinarse dos tetraedros SiO4, ambos comparten un átomo de oxígeno, dando origen a una molécula de dos átomos de oxígeno y siete átomos de silicio, es decir, la razón silicio : oxígeno en esta estructura es 2 : 7. La formula de este complejo aniónico entonces es (Si2O7)10-, sin embargo, la estructura molecular sigue siendo la del tetraedro (la coordinación entre silicio y los átomos de oxígenos siempre es la de un tetraedro)). Silicatos formados por estos tetraedros dobles se llaman los "soro-silicatos". El representante más frecuente de este grupo es el mineral Epidota.
Cicliosilicatos
Al compartir más átomos de oxígeno, se generan anillos de tres, cuatro o seis tetraedros, donde cada tetraedro SiO4 comparte dos de sus átomos de oxígeno con otros dos tetreados iguales, dando origen a los complejos aniónicos
- [Si3O9]6- : Anillo de tres tetraedros, razón de silicio : oxígeno de 1 : 3
- [Si4O12]8- : Anillo de cuatro tetraedros, razón de silicio : oxígeno de 1 : 3
- [Si6O18]12- : Anillo de seis tetraedros, razón de silicio : oxígeno de 1 : 3
(no existen en la naturaleza anillos de 5, 7 o más tetraedros).
Nesosilicatos
Siguiendo el mismo esquema, los tetraedros pueden combinarse en forma de cadenas "infinitamente" largas. Las cadenas pueden ser cadenas simples o cadenas dobles con relaciones entre silicio y oxigeno de 1: 3 (cadena simple) o 4 : 11 (cadena doble).
Las dos figuras a continuación representan solamente fragmentos de cadenas "infinitamente" largas:
Importantes minerales de este grupo de los "neso-silicatos" son el Piroxeno (cadena simple) y la Anfíbola (cadena doble).
Filosilicatos
Una estructura aún más compleja esta presente en los "filo-silicatos", que forman láminas de extensión "infinita". Los filosilicatos son minerales de estructuras muy complejas, lo que implica también que su representación gráfica es muy difícil.
Las figuras demuestran una sección de un filisilicato en vista plana y vista lateral:
Al grupo de los filosilicatos pertenecen importantes minerales formadores de roca (Biotita, Moscovita, entre otros), los minerales de arcilla (Caolinita, Illita, Smectita, etc), entre otros.
Ejemplos representativos son: Moscovita: (KAl2[(OH)2|AlSi3O10]) y Caolinita: (Al4[(OH)8|Si4O10].
Los filosilicatos se diferencian en minerales de dos o tres capas, es decir, cada lámina se compone a su vez de dos o tres capas de tetraedros y -como efecto geométrico resultante- de espacios de forma octaedrico entre ambas capas de tetraedros. Tanto en los espacios octaedricos como en los espacios entre dos láminas se pueden ubicar otros átomos o moléculas de radio o tamaño mayor:
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capa
tetraedrica I
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capa
octaedrica
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capa
tetradrica II
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espacio
entre láminas
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(espacio
para otros cationes o moléculas de agua H2O)
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capa tetraedrica I |
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capa octaedrica |
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capa
tetradrica II
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Tectosilicatos
Finalmente, los tetraedros pueden generar estructuras aún más complejas, donde cada átomo de oxigeno es compartido por dos tetraedros, resultando en un armazón muy estable de tetraedros combinados, con una razón de silicio : oxígeno de 1 : 2. Esta relación de Si:O = 1:2 es la de la fórmula química del Cuarzo (SiO2). Acorde a la clasificación de Dana, el Cuarzo es clasificado como el tectosilicato más simple. (La razón de Si : O se acerca cada vez más a la relación 1:2, desde los Inosilicatos hasta los Tectosilicatos).
Cuado una parte del sílicio (carga 4+) se reemplaza por un átomo de aluminio (carga 3+), se debe agregar otros átomos como K+, Na+, o Ca2+ para mantener el equilibrio de las cargas eléctricas del mineral. De esta manera se forman minerales como los feldespatos (Ortosa KAlSi3O8; Albita (NaAlSi3O8); Anortita (CaAl2Si2O8) , feldespatoides (Leucita KAlSi2O6), zeolitas etc.
En algunas estructuras de los tectosilicatos se forman espacios donde se pueden ubicar moléculas de agua: Natrolita Na2[Al2Si3O10]*nH2O
El mineral de los feldespatoides más conocido es, probablemente, la Lazurita: (Na,Ca)7-8(Al,Si)12(O,S)24[(SO4),Cl2,(OH)2] . Este mineral de color azul intenso forma junto con Calcita y Pirita la roca "Lapislázuli".