Silikat

Osnovna struktura (orto-)silikatnih oksoaniona (SiO₄⁻⁴)

Silikat je hemijski spoj koji sadrži anionski silikatni ion. Najveći broj silikata su oksidi, mada u njih spadaju i heksafluorosilikati ([SiF₆]²⁻) i drugi anioni.

Pod pojmom ortosilikat podrazumijeva se anion SiO₄⁴⁻ i njegovi spojevi. U srodstvu sa ortosilikatima je i porodica aniona (i njihovih spojeva) sa hemijskom formulom [SiO_2+n]²ⁿ⁻. Važni članovi ove porodice su ciklički i jednolančani silikati {[SiO₃]²⁻}_n te silikati koji grade slojeve {[SiO_2.5]⁻}_n.

Silikati sačinjavaju veći dio Zemljine kore, kao i drugih terestrijalnih planeta, kamenitih satelita i asteroida. Pijesak, portlandski cement i hiljade drugih minerala su primjeri silikata. Silikatni spojevi, uključujući i minerale, sastoje se od silikatni aniona čiji naboji su balansirani različitim kationima. Može postojati izuzetno veliki broj silikatni aniona, a svaki od njih može graditi spojeve sa mnogim različitim kationima. Stoga je klasa ovih spojeva nevjerovatno velika. I minerali i sintetički materijali također spadaju u ovu klasu.

Strukturni principi

Kod ogromne većine silikata, uključujući i silikatne minerale, atom Si zauzima tetraedarsko okruženje, a okružen je sa četiri centra kisika. U takvim strukturama, hemijske veze prema siliciju slijede pravilo okteta. Takvi tetraedri ponekad se javljaju kao izolirani SiO₄⁴⁻ centri, ali je daleko najčešći slučaj da su tetraedri vezani zajedno na različite načine poput parova (Si₂O₇⁶⁻) ili prstenova (Si₆O₁₈¹²⁻). Obično su silikatni anioni lanci, dvostruki lanci, slojevi i trodimenzionalni okviri. Sve te vrste imaju vrlo slabu rastvorljivost u vodi pri normalnim uslovima.

Rasprostranjenost u rastvorima

Silikati su vrlo dobro proučeni i opisani u čvrstom stanju, ali su znatno manje poznati u rastvorima. Anion SiO₄⁴⁻ je konjugirana baza silikatne kiseline Si(OH)₄ a oboje su vrlo slabo postojani kao i svi njihovi međuproizvodi. Zbog toga rastvori silikata su obično proučavani kao smjese kondenziranih i djelimično protoniranih silikatnih klastera. Priroda rastvorljivih silikata neophodna je za razumijevanje biomineralizacije i sinteze aluminosilikata, kao važnih industrijskih katalizatora poput zeolita.

Iako je tetraedar uobičajen oblik koordinacijske geometrije za spojeve silicija, vrlo dobro je poznato da silicij također usvaja i više koordinacijske brojeve. Dobro poznati primjer viših koordinacijskih brojeva je heksafluorosilikat (SiF₆²⁻). Oktaedarska koordinacija sa šest centara kisika je također dokazana. Pri vrlo visokom pritisku, čak i SiO₂ usvaja ovu geometriju u mineralu stishovitu, gusta polimorfna silika pronađena je u donjem plaštu Zemlje. Ova struktura također nastaje "stresom" (šokom) stijena prouzrokovanim naprimjer udarom meteorita. Oktaedarski Si u obliku heksahidrosilikata ([Si(OH)₆]²⁻) dokazan je u mineralu taumasitu, dosta rijetkom u prirodi, ali se ponekad može zapaziti među drugim kalcij-silikatnim hidratima umjetno nastalim u cementu i betonu koji su izloženi napadima snažnih sulfata.

Silikatni minerali

Glavni članak: Silikatni minerali

U geologiji i astronomiji, pojam silikat se koristi za označavanje vrste stijena koja se sastoji pretežno od silikatnih minerala. Na Zemlji, javlja se veoma veliki broj silikatnih minerala čak i u širem rasponu kombinacija kao rezultat procesa koji grade i mijenjaju njenu koru. Ti procesi obuhvataju djelimično topljenje, kristalizaciju, frakcionizaciju, metamorfozu, eroziju i dijagenezu. Živa bića također doprinose silikatnom ciklusu u blizini Zemljine površine. Jedna vrsta planktona poznata kao dijatomeje (kremenjaste alge) grade svoje egzoskelete (ljušture) od silike. Te ljušture nakon uginuća dijatomeja su osnovni sastojak sedimenata u okeanskim dubinama.

Silika, odnosno silicij-dioksid SiO₂ se ponekad smatra silikatom, mada je to poseban slučaj koji nema negativno naelektrisanje te nema "potrebu" za suprotnim ionom. Silika se javlja u prirodi kao mineral kvarc i u obliku njegovih polimorfa.