En química , un silicato es cualquier miembro de una familia de aniones poliatómicos formados por silicio y oxígeno , normalmente con la fórmula general [SiO(4-2 x ) −
4 − x]
norte, donde 0 ≤ x < 2 . La familia incluye ortosilicato SiO.4-4( x = 0 ), metasilicato SiO2-3( x = 1 ), y pirosilicato Si 2 O6-7( x = 0,5 , norte = 2 ). El nombre también se utiliza para cualquier sal de dichos aniones, como el metasilicato de sodio ; o cualquier éster que contenga el grupo químico correspondiente , como el ortosilicato de tetrametilo . [1] El nombre "silicato" a veces se extiende a cualquier anión que contenga silicio, incluso si no se ajusta a la fórmula general o contiene otros átomos además de oxígeno; como el hexafluorosilicato [SiF 6 ] 2- . Más comúnmente, los silicatos se encuentran como minerales de silicato .
Para diversas necesidades manufactureras, tecnológicas y artísticas, los silicatos son materiales versátiles, tanto naturales (como granito , grava y granate ) como artificiales (como cemento Portland , cerámica , vidrio y vidrio soluble ).
En la mayoría de los silicatos, el átomo de silicio ocupa el centro de un tetraedro idealizado cuyas esquinas son cuatro átomos de oxígeno, conectados a él mediante enlaces covalentes simples según la regla del octeto . [1] Los átomos de oxígeno, que tienen cierta carga negativa, se unen a otros cationes (M n+ ). Este enlace Si-OMO-Si es fuerte y rígido, propiedades que se manifiestan en los silicatos similares a las rocas. Los silicatos se pueden clasificar según la longitud y la reticulación de los aniones de silicato.
Los aniones de ortosilicato aislados tienen la fórmula SiO4-4
_. Un mineral común en este grupo es el olivino ( (Mg,Fe) 2 SiO 4 ).
Dos o más átomos de silicio pueden compartir átomos de oxígeno de diversas formas, para formar aniones más complejos, como el pirosilicato Si.
2oh6-7
_.
Con dos óxidos compartidos unidos a cada silicio, pueden resultar estructuras cíclicas o poliméricas. El anillo de metasilicato cíclico Si
6oh12-18
_es un hexámero de SiO 3 2- . Los aniones de silicato poliméricos también pueden existir como cadenas largas.
En los silicatos monocatenarios, que son un tipo de inosilicato , los tetraedros se unen para formar una cadena compartiendo dos átomos de oxígeno cada uno. Un mineral común en este grupo es el piroxeno .
Los silicatos de doble cadena, la otra categoría de inosilicatos, se producen cuando los tetraedros forman una doble cadena (no siempre, pero sí en su mayoría) al compartir dos o tres átomos de oxígeno cada uno. Los minerales comunes de este grupo son los anfíboles .
En este grupo, conocido como filosilicatos , los tetraedros comparten tres átomos de oxígeno cada uno y, a su vez, se unen para formar láminas bidimensionales. Esta estructura lleva a que los minerales de este grupo tengan un fuerte plano de división. Las micas entran en este grupo. Tanto la moscovita como la biotita tienen capas muy débiles que pueden desprenderse en láminas.
En una estructura de silicato, conocida como tectosilicato , cada tetraedro comparte los 4 átomos de oxígeno con sus vecinos, formando una estructura 3D. En este grupo se encuentran el cuarzo y los feldespatos .
Aunque el tetraedro es una geometría de coordinación común para los compuestos de silicio (IV), el silicio también puede presentarse con números de coordinación más altos. Por ejemplo, en el anión hexafluorosilicato SiF2-6
_, el átomo de silicio está rodeado por seis átomos de flúor en una disposición octaédrica . Esta estructura también se ve en el anión hexahidroxisilicato Si (OH)2-6
_eso ocurre en la taumasita , un mineral que rara vez se encuentra en la naturaleza pero que a veces se observa entre otros hidratos de silicato de calcio formados artificialmente en estructuras de cemento y concreto sometidas a un severo ataque de sulfato en terrenos arcillosos que contienen pirita oxidada . [2] [3] [4] [5] [6]
A presiones muy altas, como las que existen en la mayor parte de la corteza terrestre, incluso el SiO 2 adopta la geometría octaédrica de seis coordenadas en el mineral stishovita , un denso polimorfo de sílice que se encuentra en el manto inferior de la Tierra y que también se forma por choque durante impactos de meteoritos .
Los silicatos con cationes alcalinos y aniones pequeños o en forma de cadena, como el orto y metasilicato de sodio , son bastante solubles en agua. Forman varios hidratos sólidos cuando cristalizan en una solución. Los silicatos de sodio solubles y sus mezclas, conocidos como vidrio soluble, son importantes productos químicos industriales y domésticos. Los silicatos de cationes no alcalinos, o con aniones poliméricos laminares y tridimensionales, generalmente tienen una solubilidad insignificante en agua en condiciones normales.
Los silicatos son generalmente químicamente inertes. De ahí que sean minerales comunes. Su resiliencia también recomienda su uso como material de construcción.
Cuando se tratan con óxidos de calcio y agua, los minerales de silicato forman cemento Portland .
Los equilibrios que implican hidrólisis de minerales de silicato son difíciles de estudiar. El principal desafío es la muy baja solubilidad del SiO 4 4- y sus diversas formas protonadas. Tales equilibrios son relevantes para los procesos que ocurren en escalas de tiempo geológicas. [7] [8] Algunas plantas excretan ligandos que disuelven silicatos, un paso en la biomineralización .
Los aniones silicato en solución reaccionan con aniones molibdato produciendo complejos de silicomolibdato amarillos. En una preparación típica, se encontró que el ortosilicato monomérico reaccionaba completamente en 75 segundos; pirosilicato dimérico en 10 minutos; y oligómeros superiores en un tiempo considerablemente más largo. En particular, la reacción no se observa con suspensiones de sílice coloidal . [8]
La naturaleza de los silicatos solubles es relevante para comprender la biomineralización y la síntesis de aluminosilicatos , como los catalizadores de importancia industrial llamados zeolitas . [7] Junto con los aniones aluminato , los aniones silicato solubles también desempeñan un papel importante en el mecanismo de polimerización de los geopolímeros . Los geopolímeros son aluminosilicatos amorfos cuya producción requiere menos energía que la del cemento Portland ordinario . Así, los cementos geopolímeros podrían contribuir a limitar las emisiones de CO 2 en la atmósfera terrestre y el calentamiento global provocado por este gas de efecto invernadero .