Silicate

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Un silicate est un sel dérivant de la silice (SiO2). En chimie, ce sont des composés chimiques. En minéralogie, les silicates désignent une importante famille de minéraux.

Les silicates constituent 97 % de la croûte terrestre. Il en existe de nombreuses familles  :

Sommaire

Structure des silicates [modifier]

ion orthosilicate tétraédrique
ion disilicate (Si207)6-
macroanion linéaire [ SiO32- ]n (chaîne)
macroanion [ Si4O116- ]n (ruban)
macroanion [ Si2O52- ]n (feuillet)
macromolécule [ SiO2 ]n
(silice cristallisée, tridimensionnelle)

Les silicates sont des minéraux dont le squelette est essentiellement formé par des tétraèdres de silicium et d'oxygène (SiO4) additionnés d’aluminium, magnésium, fer, calcium, potassium, sodium et autres éléments.

Structures de petites dimensions [modifier]

Dans le cas le plus simple, celui des nésosilicates (orthosilicates), les tétraèdres sont présents dans la structure sous forme d'anions (SiO4)4-.

Les tétraèdres SiO4 peuvent mettre en commun un certain nombre d'atomes d'oxygène par les sommets[1] pour former d'autres structures également de petites dimensions.

On distingue ainsi les disilicates (sorosilicates) caractérisés par la présence de l'anion (Si2O7)6- et les cyclosilicates comportant des anions cycliques qui résultent de l'enchaînement de trois, quatre ou six groupes SiO3.

Les anions sont associés à des cations qui assurent la neutralité électrique de l'ensemble.

Structures polymères [modifier]

Les tétraèdres SiO4 peuvent s'associer pour former des structures de taille très grande (structures polymères). Ces structures sont caractérisées par de longs enchaînements covalents -Si-O-Si-O-Si-O- qui peuvent être unidimensionnels ou former des réseaux bi- ou tri-dimensionnels.

Les structures polymères se présentent ainsi sous la forme de macro-anions à extension indéfinie, linéaires comme dans les pyroxènes, en chaînes doubles (rubans) dans les amphiboles, en feuillets dans les phyllosilicates, tridimensionnels dans les aluminosilicates tels que les feldspaths, ou sous la forme d'une structure macromoléculaire tridimensionnelle dans la silice qui peut être cristalline ou amorphe.

Ci-contre (et ci-dessous) les modèles moléculaires de macroanions et de la silice cristallisée (atomes Si en gris et O en rouge) .

Les formules des structures sont écrites selon la notation propre aux polymères :

[ motif ]n : n (très grand) = nombre de motifs

Les macroanions, comme les anions, sont associés à des cations qui assurent la neutralité électrique de l'ensemble.

 

Classement des silicates [modifier]

Les silicates peuvent être classés selon plusieurs critères, mais les deux classifications les plus employées en minéralogie sont basées sur l’enchaînement des tétraèdres :

  • la classification topochimique (classification de Machatski-Bragg) est basée sur l’enchaînement des tétraèdres, dans lesquels le silicium et l’aluminium peuvent donner lieu à une substitution isomorphe ; les tétraèdres où seul l’aluminium est présent sont considérés hétéro-tétraèdres ;
  • la classification topologique (classification de Zoltai) est basée sur l’enchaînement des tétraèdres centrés par n’importe quel cation.

Les sous-catégories définies par ces deux critères sont les mêmes et, dans la plupart des cas, le résultat final est aussi le même. Toutefois, dans le cas d’aluminosilicates dont la structure comporte des tétraèdres centrés par des anions autres que le silicium et l’aluminium, les deux classifications divergent.

Les principaux groupes d’aluminosilicates (et leurs minéraux les plus représentatifs) sont :

Les principales différences entre la classification topochimique de Machatski-Bragg et celle topologique de Zoltai sont données dans le tableau suivant.

Exemples de différence entre les deux classifications des aluminosilicates. [4], [6] et [8] indiquent la coordination des cations.
Minéral Formule Classification topochimique
(Machatski-Bragg)		 Classification topologique
(Zoltai)		 Hétéro-tétraèdre(s)
Pétalite [4]Li[4]Al[4]SiO4 phyllo tecto Al, Li
α-eucriptite [4]Li[4]Al[4]SiO4 neso tecto Al, Li
Phénacite [4]Be2[4]SiO4 neso tecto Be
Willemite [4]Zn2[4]SiO4 neso tecto Zn
Béryl [6]Al2[4]Be3[4]Si6O18 cyclo tecto Be
Cordiérite [6]Mg2[4]Al3[4](AlSi5)O18 cyclo tecto Al
Hémimorphite (calamine) [4]Zn4[4]Si2O7(OH)2·(H2O) soro tecto Zn
Mélilite [8]CaNa[4]Al[4]Si2O7 soro phyllo Al
Sillimanite [6]Al[4]Al[4]SiO5 neso soro Al

Les silicates en astronomie [modifier]

Certaines étoiles entourées de matière circumstellaire « froide » — en deçà de la température de sublimation des silicates, aux alentours de 1 500 K — présentent des grains de poussière constitués de silicates. Leur présence est révélée par des raies spectrales larges, appelées features des silicates, dans les bandes spectrales infrarouges N et Q, à 10 et 20 µm respectivement.

Le profil spectral de ces features, qui dépend du type de silicate, de la géométrie des grains de poussière et de la présence additionnelle d’autres composés (par ex. la glace à moins de 300 K), donne des indications sur les conditions physico-chimiques des environnements étudiés.

La présence de silicates est fréquemment attestée autour des étoiles jeunes et les étoiles évoluées, notamment dans les disques d’accrétion et les enveloppes circumstellaires.

Notes et références [modifier]

  1. ↑ Les tétraèdres SiO4 ne partagent pas d'arêtes ni de faces ; source : Maurice Bernard, op. cit., p. 259.

Bibliographie [modifier]

Structure des silicates [modifier]

Voir aussi [modifier]

Articles connexes [modifier]

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