シリカ四面体の定義と説明

コリン・グレゴリー/フリッカー

地殻から鉄のコアまで、地球の岩石に含まれる鉱物の大部分は、化学的にケイ酸塩に分類されます。これらは ケイ酸塩鉱物 これらはすべて、シリカ四面体と呼ばれる化学単位に基づいています。

あなたはシリコンと言い、私はシリカと言う

この 2 つは似ていますが、どちらも混同しないでください。 シリコーン 、合成素材です）。原子番号が 14 のシリコンは、1824 年にスウェーデンの化学者 Jöns Jacob Berzelius によって発見されました。これは、宇宙で 7 番目に豊富な元素です。シリカはケイ素の酸化物であり、別名二酸化ケイ素であり、砂の主成分です。

四面体構造

シリカの化学構造は四面体を形成します。それは、中央の原子が結合する4つの酸素原子に囲まれた中央のシリコン原子で構成されています。この配置の周りに描かれた幾何学図形には 4 つの辺があり、各辺は正三角形です。四面体.これを想像するために、3 つの酸素原子が中央のシリコン原子を支えている 3 次元の球と棒のモデルを想像してみてください。これはスツールの 3 本の脚のように、4 番目の酸素原子が中央の原子の真上に突き出ています。

酸化

化学的には、シリカの四面体は次のように機能します。シリコンには 14 個の電子があり、そのうち 2 個が最も内側の殻で原子核を周回し、8 個が次の殻を満たします。残りの 4 つの電子は、最も外側の「原子価」殻にあり、4 つの電子が不足しているため、この場合は 陽イオン 4 つの正電荷を持つ。外側の 4 つの電子は、他の元素に容易に借りられます。酸素には 8 個の電子があり、完全な 2 番目の殻には 2 つ足りません。その電子への渇望が、酸素をこれほど強力なものにしている 酸化剤 、物質に電子を失わせ、場合によっては劣化させることができる元素。例えば、酸化前の鉄は、水にさらされるまでは非常に強い金属であり、水にさらされると錆びて劣化します。

そのため、酸素はシリコンとの相性が抜群です。この場合のみ、彼らは非常に強い絆を形成します。四面体の 4 つの酸素のそれぞれが共有結合でシリコン原子から 1 つの電子を共有するため、結果として得られる酸素原子は アニオン 1つの負電荷で。したがって、四面体は全体として、4 つの負電荷 SiO を持つ強い陰イオンです。₄^4-.

ケイ酸塩鉱物

シリカ四面体は非常に強力で安定した組み合わせであり、鉱物内で容易に結合し、角で酸素を共有します.孤立したシリカ四面体は、カンラン石などの多くのケイ酸塩で発生し、四面体は鉄とマグネシウムの陽イオンに囲まれています。四面体のペア (SiO₇）いくつかのケイ酸塩で発生しますが、その中で最もよく知られているのはおそらくヘミモルファイトです。四面体の環 (Si₃〇₉またはSi₆〇₁₈) は、希少なベニトアイトと一般的なトルマリンにそれぞれ発生します。

ただし、ほとんどのケイ酸塩は、長い鎖とシート、およびシリカ四面体のフレームワークで構成されています。の 輝石 および角閃石は、それぞれシリカ四面体の単鎖および二重鎖を持っています。リンクされた四面体のシートが マイカス 、粘土、およびその他のフィロケイ酸塩鉱物。最後に、すべてのコーナーが共有されている四面体のフレームワークがあり、SiO₂方式。 石英 そしてその 長石 このタイプの最も顕著なケイ酸塩鉱物です。

ケイ酸塩鉱物が広く分布していることを考えると、それらが地球の基本構造を形成していると言っても過言ではありません。