Tema2.Materiales.CERAMICOS.Estructura.CRISTALINA.Silicatos

LOS SILICATOS Y SU ESTRUCTURA.
EN LUGAR DE CARACTERIZAR LAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS DE ESTOS
MATERIALES EN TÉRMINOS DE CELDILLAS UNIDAD, ES MÁS CONVENIENTE
UTILIZAR VARIAS COMBINACIONES DE TETRAEDROS
[ SiO4 ]
4−
CADA ATOMO DE SILICIO ESTA UNIDO A CUATRO ÁTOMOS DE OXIGENO, LOS
CUALES ESTÁN SITUADOS EN LOS VÉRTICES DEL TETRAEDRO. EL ÁTOMO DE
SILICIO ESTA COLOCADO EN EL CENTRO
PUESTO QUE ESTA ES LA UNIDAD BÁSICA DE LOS SILICATOS, FRECUENTEMENTE
SE CONSIDERA UNA ENTIDAD CARGADA NEGATIVAMENTE (- 4).
GRUPOS DE SILICATOS
SEGÚN EL TIPO DE ESTRUCTURA, LOS SILICATOS PUEDEN
DIVIDIRSE EN SEIS GRUPOS DEPENDIENDO DEL NÚMERO DE
OXÍGENOS DEL TETRAEDRO DE SILICIO QUE ESTÁN UNIDOS
DIRECTAMENTE A OTROS TETRAEDROS DE SILICIO VECINOS (ES
DECIR, SEGÚN EL NÚMERO DE VÉRTICES COMPARTIDOS POR
TETRAEDROS, QUE PUEDEN SER 0, 1, 2, 3, y 4):
Esta subclase de silicatos es poco numerosa, comprende pocas especies
minerales que se caracterizan en que tienen un radical estructural de orden
superior al de los nesosilicatos formados por la agrupación de dos tetraedros que
se unen compartiendo un vértice dando lugar a radicales (Si2O7)6-, este radical
doble puede coexistir en la estructura de los sorosilicatos con tetraedros aislados
SiO4 y los dos tipos de radicales están neutralizados y unidos ente si por
cationes. Los minerales más importantes de esta subclase son minerales cálcicos
que son la vesubiana y el grupo de la epidota.
Cada SiO4 comparte dos
oxígenos con los silicios de
los tetraedros vecinos.
La mitad de los átomos de silicio
comparten tres oxígenos con los
vecinos y la otra mitad sólo dos
[Si4O11]6-
(Si2O5)-
GRUPOS DE SILICATOS
A.- NESOSILICATOS, TETRAEDROS INDEPENDIENTES
B.- SOROSILICATOS, TETRAEDROS EN PAREJAS
C.- CICLOSILICATOS, TETRAEDROS EN ANILLOS
GRUPOS DE SILICATOS
D.- INOSILICATOS, TETRAEDROS FORMANDO CADENAS SENCILLAS O DOBLES
GRUPOS DE SILICATOS
E.- FILOSILICATOS, TETRAEDROS FORMANDO CAPAS LAMINARES
FILOSILICATOS. ARCILLAS.
LAS ARCILLAS SON “ROCAS” O MATERIALES TERROSOS FORMADAS
PRINCIPALMENTE POR ALUMINOSILICATOS HIDRATADOS CON MATERIA
COLOIDAL Y TROZOS DE FRAGMENTOS DE ROCAS, QUE GENERALMENTE
SE HACEN PLÁSTICAS CUANDO ESTÁN HÚMEDAS Y PÉTREAS POR
LA ACCIÓN DEL FUEGO.
LA FABRICACIÓN TIENE SU FUNDAMENTO EN LA PLASTICIDAD O
CAPACIDAD DE MOLDEO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA QUE TIENEN LAS
ARCILLAS SEGÚN SU CONTENIDO DE AGUA. UNA VEZ CONFORMADAS LAS
PIEZAS, POR DESECACIÓN Y COCCIÓN SE PRODUCEN LAS
TRANSFORMACIONES IRREVERSIBLES QUE LE DAN CARÁCTER PÉTREO.
ESTAS PROPIEDADES DAN A LAS ARCILLAS SU UTILIDAD, PUESTO QUE SE
LES PUEDE MOLDEAR EN CASI TODAS LAS FORMAS, LAS CUALES
CONSERVAN DESPUÉS DE SER SOMETIDAS A LA ACCIÓN DEL FUEGO.
FILOSILICATOS. ARCILLAS
LOS ALUMINOSILICATOS HIDRATADOS POSEEN UNA ESTRUCTURA LAMINAR O DE
CAPAS Y SUELEN ESTAR ACOMPAÑADOS DE OTROS MINERALES DENOMINADOS
“ACCESORIOS” ENTRE LOS QUE PODEMOS CITAR CUARZO, CALCITA, ÓXIDOS Y
SULFUROS DE HIERRO, YESO, RUTILO (TiO2), ILMENITA (FeTiO3), DOLOMITA,
ÁLCALIS (QUE SE DERIVAN PRINCIPALMENTE DE LAS MICAS Y FELDESPATOS,
AUNQUE PARTE SE DEBE AL INTERCAMBIO CATIÓNICO DE LAS PROPIAS
ARCILLAS), MATERIA ORGÁNICA, ETC.
Sustancias presentes en la naturaleza junto con la arcilla:
- SO4Ca·2H20 (piedra de yeso)
- CaCO3 (carbonato cálcico)
- Fe(OH)3 (hidróxido férrico)
- Fe2O3 (óxido férrico)
- SiO2 (cuarzo)
- TiO2 (rutilo)
- FeTiO3 (ilmenita)
1.- PLANOS CONSTITUIDOS POR ÁTOMOS, TALES COMO O Y OH
2.-CAPAS, TETRAÉDRICAS U OCTAÉDRICAS, FORMADAS POR UNA
COMBINACIÓN O APILAMIENTO DE PLANOS
3.- EL APILAMIENTO DE CAPAS DA LUGAR A LA FORMACION DE LAMINAS
TO: BILAMINAR , TOT: TRILAMINAR , TOTO: CLORITAS
4.- CRISTAL, QUE ES EL RESULTADO DE UN APILAMIENTO DE LAMINAS EN
LA DIRECCIÓN CRISTALOGRÁFICA c MAS EL ESPACIO INTERLAMINAR
ESTRUCTURA
GENERAL DE LOS
FILOSILICATOS
ESTRUCTURA
GENERAL DE LOS
FILOSILICATOS
Composición química de los minerales de
la arcilla
(O2-) y (OH)- son los aniones que forman parte de la estructura.
En los huecos que forman sus apilamientos de planos, se
sitúan los cationes, de dimensiones mucho menores.
La coordinación de cada catión está determinada por su
radio iónico.
- (Si)4+ Ocupa huecos de coordinación tetraédrica.
- (Al)3+Puede ocupar huecos octaédricos ó sustituir al Si en
coordinación tetraédrica.
- (Mg)2+, (Fe)2+, (Fe)3+... Ocupan huecos de coordinación octaédrica
- (K)+, (Na)+, (Ca)2+. Ocupan posiciones en el espacio interlaminar.
Están constituidos por una capa indefinida de tetraedros que comparten tres de
sus vértices de forma que quedan en un mismo plano. Se presenta en forma de
una red hexagonal regular en la que la relación Silicio/Oxigeno es de 2/5.
En el plano definido por el cuarto vértice de cada tetraedro se ubica un
grupo OH en el centro del hexagono definido por los oxígenos
tetraédricos.
El tamaño del triángulo entre los dos oxígenos y un (OH) es aproximadamente el
mismo (pero no idéntico a la cara triangular de un octaedro XO6 (en donde X es
comúnmente Mg o Al). Esto significa que es posible enlazar a una red regular de
oxígenos apicales y grupos OH de composición (Si2O5OH)3- una lámina de
octaedros regulares, donde cada octaedro está inclinado sobre uno de sus lados
triangulares
Están constituidos por una capa indefinida de tetraedros que comparten tres de sus
vértices de forma que quedan en un mismo plano. Se presenta en forma de una red
hexagonal regular en la que la relación Silicio/Oxigeno es de 2/5.
En el plano definido por el cuarto vértice de cada tetraedro se ubica un grupo OH en el
centro del hexagono definido por los oxígenos tetraédricos. Este grupo OH y dos oxígenos
del hexagono, forman un triángulo sobre el que se apoya un octaedro cuyos otros tres
vértices se sitúan en un plano inferior, y están constituidos por grupos OH que pertenecen
a una capa hexagonal centrada, o bien por un grupo OH y dos oxígenos, correspondientes
a una capa tetraédrica análoga a la primera y situada especularmente con ella. Los huecos
octaédricos pueden estar ocupados por Al o por Mg
(O2-) y (OH)- son los aniones que forman parte de la estructura. En los huecos
huecos
que forman sus apilamientos de planos,se sitú
sitúan los cationes, de dimensiones
mucho menores.
Este grupo OH y dos oxígenos del hexagono, forman un triángulo sobre el que
se apoya un octaedro cuyos otros tres vértices se sitúan en un plano inferior,
y están constituidos por grupos OH que pertenecen a una capa hexagonal
centrada, o bien por un grupo OH y dos oxígenos, correspondientes a una capa
tetraédrica análoga a la primera y situada especularmente con ella. Los huecos
octaédricos pueden estar ocupados por Al o por Mg
"capa compacta
Cada cavidad está limitada
por seis esferas y por ello a
esta capa la vamos a
denominar, "capa hexagonal"
o "no compacta".
El apilamiento de dos capas compactas, define agrupaciones de 6 esferas cuyos
vértices forman un octaedro. Es la coordinación octaédrica o de 6 aniones
El apilamiento de una capa hexagonal y de una capa compacta, define
una serie de agrupaciones de 4 esferas cuyos vértices forman un
tetraedro. Es la coordinación tetraédrica o de 4 aniones.
En todos los filosilicatos, el silicio y el aluminio pueden ocupar los
puestos de coordinación tetraédrica (entre una capa hexagonal y una
capa compacta), y el aluminio, magnesio y hierro son los que
normalmente ocupan los puestos de coordinación octaédrica. ( entre
dos capas compactas)
Las capas hexagonales están formadas por átomos de oxígeno; las
capas compactas por O y (OH) o por (OH) exclusivamente. La estabilidad
de la hoja queda asegurada por las cargas positivas de los iones
alojados en las cavidades citadas
Así, los filosilicatos están formados por apilamientos de capas
hexagonales y de capas compactas, presentando los principales grupos
de minerales un número constante de estas capas cuyo conjunto se
denomina "hoja". El espesor de dicha hoja es una de las características
del mineral
FILOSILICATOS. ARCILLAS
FILOSILICATOS. ARCILLAS
CAPA TETRAEDRICA
La hoja tetraédrica tiene simetría hexagonal, observándose los anillos
de seis oxígenos y todos los oxígenos apicales no compartidos (con
una valencia libre), se encuentran en un mismo plano orientados en la
misma dirección.
El Si4+ del centro de los tetraedros, puede ser reemplazado - al menos
en parte - isomórficamente por Al3+ ya que presentan un radio iónico
parecido y la estructura no se altera en forma significativa. Cuando
ocurre este tipo de sustitución (sustitución isomórfica), la lámina
tetraédrica se descompensa eléctricamente pues existen cargas
negativas de los oxígenos que quedan sin compensar o dicho de otra
manera, existe déficit de cargas positivas.
TRES DE LOS CUATRO OXIGENOS DE CADA TETRAEDRO SiO4 ESTAN
COMPARTIDOS CON TETRAEDROS VECINOS, RESULTANDO ASI UNA
RELACION Si:O = 2:5
Cada oxí
oxígeno es compartido por dos hexá
hexágonos
Cada silicio es compartido por tres hexá
hexágonos
Los oxí
oxígenos apicales, sobre los silicios
Capa tetraédrica: Si 2O5
PLANO HEXAGONAL: Si, O
3O
2 Si
2O
(Si2O5)2Malla de un filosilicato (el menor volumen que presenta todas las
características del cristal eléctricamente neutro
FILOSILICATOS. ARCILLAS
CAPA OCTAEDRICA
EN LA LAMINA OCTAÉDRICA CONSTITUIDA POR OCTAEDROS QUE
INCLUYEN UN CATIÓN (Al3+, Mg2+, Fe2+, Fe3+) SITUADO EN EL CENTRO DE
SEIS OXIDRILOS, LOS OCTAEDROS SE UNEN ENTRE SÍ COMPARTIENDO
ARISTAS, ES DECIR, COMPARTIENDO OXIDRILOS CON OCTAEDROS
VECINOS
Capa
Átomos
hexagonal
6O
4 Si
compacta
Átomos
hexagonal
6O
4 Si
compacta
12
16
8+2
12
6
Valencia
+
6 OH
12
16
4O-2OH
6 Mg
LAMINA DIOCTAEDRICA
-
6 OH
Capa
compacta
+
4O-2OH
4 Al
compacta
Valencia
8+2
12
6
LAMINA TRIOCTAEDRICA
La división de los filosilicatos se basa en tres criterios:
1.- Iones que ocupan la coordinación octaédrica.
dioctaédricos: con iones trivalentes, generalmente aluminio
trioctaédricos: con iones divalentes, por ejemplo magnesio
2.- La existencia, o no, de sustituciones en las coordinaciones
tetraédricas o/y octaédricas y, en el caso de existencia de las
mismas, la forma de compensación de este déficit de carga.
3.- El espesor de las hojas y las fuerzas de ligazón entre las
mismas.
Con respecto a espesor, se distinguen tres tipos distintos:
Tipo de 7Å (Te-Oc):
Hoja formada por tres capas, una hexagonal de O y dos compactas, una de
O y (OH) y otra de (OH). Recordemos los dos ejemplos citados.
Caolinita
Serpentina
6O
6O
4 Si
4 Si
4O - 2OH
4O - 2OH
4 Al
6 Mg
6 OH
6 OH
Si4O10Al4(OH)8
Si4O10Mg6(OH)8
Tipo de 1OÅ (Te-Oc-Te):
Hoja formada por cuatro capas, 2 compactas de O y (OH) encerradas, a
modo de bocadillo, entre dos capas hexagonales de O.
Pirofillita
Muscovita
K
Si
9,5
6O
6O
4 Si
3Si - 1Al
4O - 2OH
4O - 2OH
4 Al
4 Al
4 Si
3Si - 1Al
6O
6O
K
10
Mg
MICA
TALCO
K
Si4O10Al2(OH)2
Si3AlO10Al2(OH)2K
•Tipo de 14Å (Te-De-Te-Oc-Oc):
•Hoja doble, una presenta la estructura anterior y otra (llamada hoja
brucítica) está formada por dos capas compactas de (OH).
Clorita
6O
3Si - 1Al
4O - 2OH
4 Al
4O - 2OH
3Si - 1Al
6O
6 OH
4Mg - 4Al
6 OH