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Silicati e alluminosilicati

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Vi sono O terminali e O a ponte nelle unità. Ognuno dei terminali contribuisce con -1 alla carica dell'unità SiO₄, mentre ognuno degli O condivisi contribuisce con zero. Es., l'ortosilicato è [SiO₄]^4-, il disilicato è [O₃SiOSiO₃]^6-, e le unità SiO₂ della silice non hanno carica (O tutti condivisi).

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I silicati si distinguono in:  

Un composto che forma un tale ione metasilicato ciclico è il minerale berillo Be₃Al₂Si₆O₁₈, fonte principale del berillio, che contiene lo ione [Si₆O₁₈]^12-. 

Lo smeraldo è un berillo nel quale alcuni degli ioni Al³⁺ sono sostituiti da Cr³⁺.  Un metasilicato a catena è presente nel minerale giadeite, NaAl(SiO₃)₂, uno dei due minerali che si vendono come giada.  

Le formule (a seconda del periodo) sono  

Fra questi ricordiamo una famiglia di minerali noti come anfiboli (o asbesti) 2T, che comprendono gli «amianti».

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Gli amianti possiedono molte qualità pregevoli dal punto di vista industriale (sono fibrosi e possono essere tessuti, come lo stoppino delle lampade delle vestali a Roma e la tovaglia da festa di Carlo Magno), ma le loro particelle più fini vanno in sospensione nell'aria, e i lavoratori che manipolano il minerale sono soggetti a una degenerazione del tessuto dei polmoni che si può manifestare anche dopo molti anni dall'assunzione. In realtà vi sono vari tipi di amianti (Figura).

Crisotilo > fillosilicato, fibroso per arrotolamento degli strati Actinolite > inosilicato, anfibolo di Ca Amosite > inosilicato, anfibolo a fibra molto lunga, grigio o verdiccio Antofillite > inosilicato, anfibolo di Fe-Mg Crocidolite > inosilicato, anfibolo (detto amianto azzurro)  Tremolite > inosilicato, anfibolo di Ca

Þ La silice e molti silicati cristallizzano lentamente e, raffreddando la fusione a velocità appropriata, si possono ottenere solidi amorfi, i vetri.  Come per i liquidi, la struttura è ordinata entro distanze di pochi intervalli interatomici. A differenza dei liquidi, però, la loro viscosità è elevatissima, e sotto molti aspetti essi si comportano come solidi.  

Il quarzo fuso (SiO₂ amorfa), si ammorbidisce intorno ai 1600 °C, il vetro al borosilicato (con ossido di boro) si ammorbidisce a circa 800 °C, e il vetro cristallo (che contiene ossidi di piombo ed è fortemente rifrangente) a temperature ancora più basse. Tutto ciò dipende dal fatto che i responsabili della rigidità dell’intelaiatura sono i ponti Si-O-Si.  Quando si incorporano ossidi basici come Na₂O e CaO, essi reagiscono con SiO₂ fusa e trasformano i ponti Si-O-Si in gruppi Si-O terminali, abbassando con ciò la temperatura di ammorbidimento.    

Sono specie in cui alcuni atomi di Al sostituiscono atomi di Si.

Gli alluminosilicati sono in gran parte responsabili della grandissima varietà del mondo minerale.

Poiché l'alluminio è presente come Al(III), la sua sostituzione di un Si(IV) aggiunge un'unità alla carica negativa complessiva.  Per ciascun atomo di Al introdotto al posto di Si, occorre un ulteriore catione, quale H⁺, Na⁺ o ½Ca²⁺. Questi cationi in più determinano un effetto profondo sulle proprietà dei materiali.

Alluminosilicati a strati

Molti minerali importanti sono varietà di alluminosilicati stratificati (fillosilicati), contenenti anche metalli quali Mg, Li e Fe: fra di essi le argille, il talco e varie miche. 

 Þ Una classe di alluminosilicati è costituita dalla ripetizione di un solo strato di silicato, di composizione [(Si₂O₅)^2-]_n con un O terminale per Si. Questo strato interagisce con l’O terminale (che funge da ponte per due metalli M) con uno strato di unità ottaedriche [MO₆].  

Gli strati, elettricamente neutri, sono connessi tra loro da legami a idrogeno piuttosto deboli, sicché il minerale si fende agevolmente e incorpora acqua fra gli strati. Questo lo ammorbidisce e rende plastico, ma per successiva perdita d’acqua diviene rigido e fragile come il vetro.

Una classe più vasta di alluminosilicati contiene ioni Al³⁺ disposti in sandwich fra strati di silicato. Un esempio è la pirofillite, Al₂(OH)₂Si₄O₁₀.  Il minerale talco, Mg₃OH)₂Si₄O₁₀, si ha quando due ioni Al³⁺ vengono sostituiti da tre Mg²⁺ nei siti ottaedrici.  Nel talco (come nella pirofillite) gli strati sono neutri e, di conseguenza, il talco si fende facilmente. Ciò rende conto della familiare sensazione scivolosa.(Si sfalda come la grafite, è un lubrificante). Vedi Figure. 

La mica muscovite, KAl₂(OH)₂Si₃AlO₁₀, possiede strati elettricamente carichi, perché deriva dalla sostituzione di un Si(IV) con un Al(III) nella struttura della pirofillite.  

Esistono minerali basati su una intelaiatura di alluminosilicato tridirnensionale: es. i feldspati, che costituiscono la classe più importante di minerali componenti le rocce (compreso il granito).  

Le intelaiature a base di alluminosilicato dei feldspati traggono origine dalla condivisione di tutti i vertici dei tetraedri SiO₄ o AlO₄. Le cavità esistenti nella trama tridimensionale contengono ioni come Na⁺, K⁺ e Ba²⁺.  Due esempi sono ortoclasio, KAlSi₃O₈, e albite, NaAlSi₃O₈ (vedi Figure).  

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