Definovaný a vysvetlený kremičitý štvorsten

Colin Gregory/Flickr

Prevažná väčšina minerálov v zemských horninách, od kôry až po železné jadro, je chemicky klasifikovaná ako silikáty. Títo silikátové minerály všetky sú založené na chemickej jednotke nazývanej kremičitý štvorsten.

Vy hovoríte kremík, ja hovorím kremík

Tieto dva sú podobné, (ale ani jeden by sa nemal zamieňať s silikón , čo je syntetický materiál). Kremík, ktorého atómové číslo je 14, objavil švédsky chemik Jöns Jacob Berzelius v roku 1824. Je to siedmy najrozšírenejší prvok vo vesmíre. Oxid kremičitý je oxid kremíka – odtiaľ jeho iný názov, oxid kremičitý – a je primárnou zložkou piesku.

Štruktúra štvorstenu

Chemická štruktúra oxidu kremičitého tvorí štvorsten. Pozostáva z centrálneho atómu kremíka obklopeného štyrmi atómami kyslíka, s ktorým sa centrálny atóm viaže. Geometrický obrazec nakreslený okolo tohto usporiadania má štyri strany, pričom každá strana je rovnostranný trojuholník – aštvorsten. Aby ste si to mohli predstaviť, predstavte si trojrozmerný model gule a palice, v ktorom tri atómy kyslíka držia svoj centrálny atóm kremíka, podobne ako tri nohy stoličky, pričom štvrtý atóm kyslíka trčí priamo nad centrálnym atómom.

Oxidácia

Chemicky kremičitý štvorsten funguje takto: Kremík má 14 elektrónov, z ktorých dva obiehajú okolo jadra v najvnútornejšom obale a osem vypĺňa ďalší obal. Štyri zostávajúce elektróny sú v jeho najvzdialenejšom „valenčnom“ obale, takže sú štyri elektróny krátke, čo v tomto prípade vytvára katión so štyrmi kladnými nábojmi. Štyri vonkajšie elektróny si ľahko požičiavajú iné prvky. Kyslík má osem elektrónov, takže dva mu chýbajú celý druhý obal. Jeho hlad po elektrónoch je to, čo robí kyslík takým silným okysličovadlo , prvok schopný spôsobiť, že látky stratia svoje elektróny a v niektorých prípadoch sa rozložia. Napríklad železo pred oxidáciou je extrémne silný kov, kým nie je vystavené vode, v takom prípade vytvára hrdzu a degraduje.

Kyslík sa ako taký výborne hodí ku kremíku. Len v tomto prípade vytvárajú veľmi silné puto. Každý zo štyroch kyslíkov v štvorstene zdieľa jeden elektrón z atómu kremíka v kovalentnej väzbe, takže výsledný atóm kyslíka je anión s jedným záporným nábojom. Preto je štvorsten ako celok silný anión so štyrmi zápornými nábojmi, SiO₄^4-.

Silikátové minerály

Kremičitý štvorsten je veľmi silná a stabilná kombinácia, ktorá sa ľahko spája v mineráloch a vo svojich rohoch zdieľa kyslík. Izolované kremičité tetraédre sa vyskytujú v mnohých silikátoch, ako je olivín, kde sú štvorsteny obklopené katiónmi železa a horčíka. Páry štvorstenov (SiO₇) sa vyskytujú vo viacerých kremičitanoch, z ktorých najznámejší je pravdepodobne hemimorfit. Prstene tetraédra (Si₃O₉alebo Si₆O₁₈) sa vyskytujú v vzácnom benitoite a v turmalíne obyčajnom.

Väčšina kremičitanov je však postavená z dlhých reťazcov a plátov a štruktúr kremičitých tetraedrov. The pyroxény a amfiboly majú jednoduché a dvojité reťazce kremičitého tetraédra. Listy spojených štvorstenov tvoria sľudy íly a iné fylosilikátové minerály. Nakoniec existujú rámce štvorstenov, v ktorých je zdieľaný každý roh, čo vedie k SiO_dvavzorec. Kremeň a živcov sú najvýznamnejšie silikátové minerály tohto typu.

Vzhľadom na prevahu silikátových minerálov možno s istotou povedať, že tvoria základnú štruktúru planéty.