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Aluminosilicate

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Tétraèdre AlO4 ou SiO4

Les aluminosilicates sont des minéraux du groupe des silicates dans lesquels certains atomes de silicium Si sont remplacés par des atomes d'aluminium Al. Ces substitutions s'observent dans les familles des phyllosilicates et des tectosilicates[1],[2].

Certains tétraèdres (SiO4) du squelette de ces minéraux sont ainsi remplacés par des tétraèdres (AlO4).

Remarques :

  • toutes les fois que deux tétraèdres sont liés par un atome d'oxygène, le centre d'un seul d'entre eux peut être occupé par un aluminium, l'autre centre devant être occupé par un silicium[3] ;
  • les silicates d'aluminium, dans lesquels les atomes d'aluminium Al ne remplacent pas des atomes de silicium, n'appartiennent pas à la famille des aluminosilicates. Exemples : kaolinite (et la constitution d'un feuillet), pyrophyllite.

Structure des aluminosilicates

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La structure des aluminosilicates (variantes : alumino-silicates, silico-aluminates[4],[5]) résulte du remplacement de certains atomes de silicium Si des silicates par des atomes d'aluminium Al. La substitution de l'anion (SiO4)4− par l'anion (AlO4)5− entraîne un déficit de charge positive qui est compensé par l'introduction de cations supplémentaires pour assurer la neutralité électrique de l'ensemble.

La charpente des aluminosilicates est constituée de macroanions[6],[7] à extension indéfinie (structures polymères) dont les charges négatives sont compensées par celles de cations disposés, avec les macro-anions, selon une géométrie donnée.

Appartiennent à la famille des aluminosilicates :

Quelques exemples

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Le remplacement à intervalles réguliers de certains atomes de silicium par des atomes d'aluminium conduit à des macroanions caractérisés par la répétition d'un motif de constitution déterminée.

Silicates bidimensionnels (phyllosilicates)

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Macroanion
>[Si2O52−]n
(O en rouge, Si en gris)

Le motif constitutif des macroanions de ces silicates est Si2O52− (cf. les structures polymères des silicates).

La substitution d'un silicium sur quatre par un aluminium dans les macroanions de ce type conduit à des macroanions bidimensionnels de motif (AlSi3O10)5−. Associés à des cations sodium Na+, aluminium Al3+ et des ions hydroxyde OH, ils forment le mica paragonite NaAl2(OH)2AlSi3O10.

Repliées, les feuilles de silicates bidimensionnels peuvent former des nanotubes[8].

Silicates tridimensionnels (tectosilicates)

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Structure du quartz β
(variété de silice cristallisée)

La famille des tectosilicates comprend les diverses variétés de silice cristallisée (quartz, tridymite, cristobalite, coésite) et les aluminosilicates tridimensionnels.

La structure de ces aluminosilicates dérive de celle de la silice cristallisée par le remplacement d'une partie des atomes de silicium par des atomes d'aluminium. Des ions (SiO4)4− sont ainsi remplacés par des ions (AlO4)5−.

Ces substitutions transforment la silice SiO2 électriquement neutre en un macroanion tridimensionnel à l'intérieur duquel les oxygènes chargés négativement fixent par attraction électrostatique des cations métalliques. Ces anions géants forment l'armature rigide de l'édifice cristallin à l'intérieur duquel les cations métalliques ne jouent qu'un rôle secondaire[9].

  • macroanion tridimensionnel, de motif AlSi3O8
Associé à des cations potassium K+, il forme l’orthose KAlSi3O8
Associé à des cations sodium Na+, il forme l’albite NaAlSi3O8
  • macroanion tridimensionnel, de motif AlSiO4
Associé à des cations calcium Ca2+, il forme l’anorthite Ca(AlSiO4)2
Cristaux de quartz
(macromolécules [SiO2]n)
Cristaux d'albite
(macroanions [AlSi3O8]n + cations Na+)
sur quartz

 

  1. Michel et Bénard 1964, p. 361.
  2. Angenault 1995, p. 516.
  3. Jouenne 1990, p. 203.
  4. Bernard 1994, p. 262-263, alumino-silicates.
  5. Quelet 1964, tome 2, p. 74, silico-aluminates.
  6. Quelet 1966, tome 1, p. 190-192.
  7. Bernard 1994, p. 261-263.
  8. (en) R. Kamble, M. Ghag, S. Gaikawad et Bijoy Panda, « Halloysite nanotubes and applications: A review », Journal of Advanced Scientific Research, no 3,‎ , p.25-29 (lire en ligne).
  9. Quelet 1966, tome 1, p. 192.

Bibliographie

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Articles connexes

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Liens externes

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