I silicati e la loro classificazione
I silicati costituiscono circa il 90% della terra e sono principalmente formati da silicio, che è un elemento fondamentale del mondo minerale. Il silicio, insieme al carbonio, elemento chiave del mondo vegetale e animale, appartiene allo stesso gruppo della tavola periodica.
Il silicio, come il carbonio, ha la capacità di formare catene di atomi e di creare una vasta gamma di composti. Nei silicati, l’ossigeno svolge un ruolo determinante, formando catene di -O-Si-O-Si- che possono essere lineari, ramificate, cicliche o intrecciate tra loro. Tutti i silicati hanno come unità base il gruppo SiO4, in cui un atomo di silicio è al centro di un tetraedro con quattro atomi di ossigeno ai vertici. Questo gruppo non è una molecola in quanto gli atomi di ossigeno sono legati ad altri atomi.
I legami presenti nei silicati possono essere ionici o covalenti e una classificazione dei silicati si basa sui diversi modi in cui si legano tra loro i gruppi tetraedrici.
Classificazione dei silicati:
– Nesosilicati: SiO4 2-
– Sorosilicati: Si2O7 2-
– Ciclosilicati: Si6O18 12-
– Inosilicati pirosseni: SiO3 2-
– Inosilicati anfiboli: Si4O11 6-
– Fillosilicati: Si2O5 2-
– Tectosilicati: SiO2
Nesosilicati:
Nei nesosilicati i gruppi tetraedrici sono isolati come anioni SiO4 2-. Nel reticolo cristallino sono presenti ioni positivi per bilanciare la carica complessiva. Ad esempio, nella forsterite, Mg2SiO4, per ogni ione SiO4 2- ci sono due ioni Mg2+, e nella fayalite, Fe2SiO4, per ogni ione SiO4 2- ci sono due ioni Fe2+. La forsterite e la fayalite costituiscono l’olivina, un minerale verde oliva presente in molte rocce.
Sorosilicati:
Nei sorosilicati i tetraedri sono legati tra loro formando piccoli gruppi con un vertice in comune. Gli anioni Si2O7 6- sono presenti nel reticolo insieme ad altri anioni come OH- oltre ai cationi necessari per bilanciare la carica elettrica. Ad esempio, nell’emimorfite Zn4Si2O7(OH)2 H2O, un minerale usato per l’estrazione dello zinco, per ogni ione Si2O7 2- si trovano due ioni OH- e quattro ioni Zn2+. Nelle cavità dei tetraedri sono presenti anche molecole d’acqua.
Ciclosilicati:
Nei ciclosilicati i gruppi tetraedrici formano anelli a sei membri, generando anioni Si6O18 12-. Il berillo Be3Al2Si6O18 è un importante minerale del berillio, usato nelle leghe di rame per aumentarne la durezza e la resistenza alla corrosione. Un altro esempio è la tormalina, con una composizione chimica complessa e proprietà piezoelettriche.
Inosilicati:
Nei inosilicati, i gruppi tetraedrici sono legati a formare lunghe catene. Nei pirosseni si hanno catene singole, in cui l’unità che si ripete è l’ione Si4O11 6-. Questi silicati si presentano solitamente in forme allungate, aghiformi o fibrose.
Fillosilicati:
I fillosilicati sono costituiti da strati di tetraedri, in cui tre atomi di ossigeno sono legati in modo covalente ad altrettanti tetraedri, generando l’unità Si2O5 2-. Questi silicati hanno una struttura laminare e si sfaldano facilmente secondo lamine parallele.
Minerali fillosilicati e tectosilicati: caratteristiche e impieghi
I fillosilicati rappresentano una vasta categoria di minerali, tra cui il serpentino che si presenta in due varietà distintive, quali la lamellare antigorite e la fibrosa crisotilo, dalla quale si ottiene l’amianto – una sostanza minerale con leggerezza, resistenza e flessibilità, noto soprattutto per la sua qualità di isolante termico. Queste caratteristiche e il basso costo di lavorazione hanno portato all’impiego diffuso dell’amianto nell’industria, nell’edilizia e nei trasporti. Tuttavia, l’amianto rilascia fibre microscopiche nell’ambiente, che, se inalate, possono causare gravi problemi di salute legati all’apparato respiratorio, tanto che è stato classificato come cancerogeno per gli esseri umani.
Oltre al serpentino e all’amianto, esistono altri fillosilicati come il talco, dalla composizione Mg3(Si2O5)2(OH)3, che si presenta in lamelle madreperlacee ed è impiegato in vari settori, tra cui la produzione della carta e la ceramica. Altri esempi di fillosilicati importanti includono la caolinite, la montmorillonite e la vermiculite, ognuna con caratteristiche e utilizzi specifici nell’industria e nell’edilizia.
D’altra parte, i tectosilicati sono caratterizzati da una struttura tridimensionale, in cui gruppi tetraedrici sono legati tra loro, formando un’impalcatura tridimensionale. Il quarzo è uno dei tectosilicati più conosciuti e ampiamente utilizzati, sia come pietra ornamentale che in applicazioni industriali come nell’edilizia e nella produzione del vetro. Inoltre, i tectosilicati possono includere sostituzioni di atomi di alluminio e altri cationi.
La varietà e le proprietà uniche dei fillosilicati e dei tectosilicati li rendono essenziali in diverse industrie, dall’edilizia alla produzione di materiali isolanti, dalla ceramica alla produzione del vetro, contribuendo in modo significativo all’economia globale e alla diversificazione dell’industria mineraria.