Silicato - Silicate

Estrutura do ânion ortossilicato SiO4−
4

Em química , um silicato é qualquer membro de uma família de ânions consistindo de silício e oxigênio , geralmente com a fórmula geral [ SiO(4−2 x ) -
4− x
]
n
, onde 0 ≤ x <2 . A família inclui ortossilicato SiO4−
4
( x = 0 ), metassilicato SiO2−
3
( x = 1 ), e pirossilicato Si
2
O6−
7
( x = 0,5 , n = 2 ). O nome também é usado para qualquer sal de tais ânions, como metassilicato de sódio ; ou qualquer éster contendo o grupo químico correspondente , tal como ortossilicato de tetrametila .

Os ânions de silicato são frequentemente grandes moléculas poliméricas com uma grande variedade de estruturas, incluindo cadeias e anéis (como no metassilicato polimérico [ SiO2−
3
]
n
), cadeias duplas (como em [ Si
2
O2−
5
]
n
, e folhas (como em [ Si
2
O2−
5
]
n
.

Em geologia e astronomia , o termo silicato é usado para significar minerais de silicato , sólidos iônicos com ânions de silicato; bem como tipos de rochas que consistem predominantemente em tais minerais. Nesse contexto, o termo também inclui o composto não iônico dióxido de silício SiO
2
( sílica , quartzo ), que corresponderia a x = 2 na fórmula geral. O termo também inclui minerais onde o alumínio ou outros átomos tetravalentes substituem alguns dos átomos de silício, como nos aluminossilicatos . Esses silicatos compreendem a maior parte da crosta e manto da Terra , bem como os outros planetas terrestres , luas rochosas e asteróides .

Para diversas necessidades de manufatura, tecnológicas e artísticas, os silicatos são materiais versáteis, tanto naturais (como granito , cascalho e granada ) e artificiais (como cimento Portland , cerâmica , vidro e copo d'água ).

O nome "silicato" às vezes é estendido a quaisquer ânions contendo silício, mesmo que eles não se encaixem na fórmula geral ou contenham outros átomos além do oxigênio; como hexafluorossilicato [SiF
6
]2−
.

Princípios estruturais

Modelando como tetraedros compartilhando cantos

Nos silicatos mais comumente encontrados, incluindo quase todos os minerais de silicato , cada átomo de silício ocupa o centro de um tetraedro idealizado cujos cantos são quatro átomos de oxigênio, conectados a ele por ligações covalentes simples de acordo com a regra do octeto . Este cenário de ligação de estrutura não descreve a natureza dos minerais de silicato sob altas pressões, que é a situação para a maioria dos minerais de silicato terrestre.

Esses tetraedros podem ocorrer como ânions isolados de ortossilicato SiO4−
4
, mas dois ou mais átomos de silício podem ser unidos com átomos de oxigênio de várias maneiras, para formar ânions mais complexos, como o pirossilicato de Si
2
O6−
7
ou o hexâmero de anel metassilicato Si
6
O12-
18
. Os ânions de silicato
polimérico de tamanhos arbitrariamente grandes podem ter estruturas em cadeia, cadeia dupla, folha ou tridimensional.

Normalmente, cada átomo de oxigênio que não contribui com uma carga negativa para o ânion é uma ponte entre dois átomos de silício. A estrutura de tais ânions é comumente descrita e representada como consistindo de tetraedros centrados em silício conectados por seus vértices, de tal forma que cada vértice é compartilhado por no máximo dois tetraedros.

Silicatos com silício não tetraédrico

Embora o tetraedro seja a geometria de coordenação comum para compostos de silício, o silício também pode ocorrer com números de coordenação mais altos. Por exemplo, no hexafluorossilicato de ânion SiF2−
6
, o átomo de silício é cercado por seis átomos de flúor em um arranjo octaédrico . Esta estrutura também é vista no ânion hexahidroxissilicato Si (OH)2−
6
que ocorre na taumasita , um mineral raramente encontrado na natureza, mas às vezes observado entre outros hidratos de silicato de cálcio formados artificialmente em cimento e concreto submetidos a severo ataque de sulfato .

Em pressões muito altas, mesmo o SiO 2 adota a geometria octaédrica de seis coordenadas no mineral estishovita , um denso polimorfo de sílica encontrado no manto inferior da Terra e também formado por choque durante impactos de meteoritos .

Propriedades quimicas

Os silicatos sólidos são geralmente estáveis ​​e bem caracterizados.

Os silicatos com cátions alcalinos e ânions pequenos ou semelhantes a cadeias, como orto e metassilicato de sódio , são bastante solúveis em água. Eles formam vários hidratos sólidos quando cristalizados da solução. Os silicatos de sódio solúveis e suas misturas, conhecidos como vidro de água, são de fato produtos químicos industriais e domésticos importantes. Os silicatos de cátions não alcalinos, ou com ânions poliméricos tridimensionais e laminados, geralmente têm solubilidade desprezível em água em condições normais.

Reações

Os ânions de silicato são formalmente as bases conjugadas dos ácidos silícicos , ou seja, compostos com o grupo funcional Si-OH. Por exemplo, o ortossilicato pode ser visto como o ácido ortossilícico desprotonado quádruplo Si (OH)
4
. Os ácidos silícicos são geralmente ácidos fracos. Eles podem ser isolados. Eles existem em solução aquosa como misturas de ânions condensados ​​e parcialmente protonados, em um equilíbrio dinâmico. Os processos gerais neste equilíbrio são hidrólise / condensação

≡Si – O – Si≡ + H
2
O
⇌ ≡Si – OH + HO – Si≡

e protonação / desprotonação

≡Si – OH ⇌ ≡Si– O-
+ H+
.

O equilíbrio pode mudar para ânions maiores, aumentando a concentração de silicato e / ou a acidez do meio. O ânion ortossilicato, por exemplo, é considerado a forma predominante de sílica naturalmente dissolvida na água do mar , cuja concentração é inferior a 100 partes por milhão; e também quando a sílica é dissolvida em um excesso de óxido de sódio a pH 12 ou mais. Em concentrações mais altas ou baixo pH , predominam os ânions poliméricos.

No limite, os ânions de silicato se convertem em ácidos silícicos, que se condensam em uma rede tridimensional consistindo de tetraedros de SiO 4 interconectados por ligações Si-O-Si. Um processo de condensação relacionado é visto no processamento sol-gel de tetraetilsilicato .

Detecção

Os ânions de silicato em solução reagem com os ânions de molibdato produzindo complexos de silicomolibdato amarelos . Em uma preparação típica, o ortossilicato monomérico reage completamente em 75 segundos; pirossilicato dimérico em 10 minutos; e oligômeros mais altos em um tempo consideravelmente mais longo. Em particular, a reação não é observada com suspensões de sílica coloidal .

Formação de zeólita

A natureza dos silicatos solúveis é relevante para a compreensão da biomineralização e da síntese de aluminossilicatos, como os catalisadores industrialmente importantes chamados zeólitas .

Veja também

Referências