A szilícium-dioxid tetraéder meghatározása és magyarázata

A Föld kőzeteiben az ásványok túlnyomó többsége, a kéregtől a vasmagig, kémiailag szilikátoknak minősül. Ezek szilikát ásványok mindegyik kémiai egységen alapul, amelyet szilika-tetraédernek hívnak.

A kettő hasonló, (de egyet nem szabad összekeverni egymással szilikon, amely szintetikus anyag). A szilíciumot, amelynek atomszáma 14, Jöns Jacob Berzelius svéd vegyész fedezte fel 1824-ben. Ez a világegyetem hetedik leggazdagabb eleme. A szilícium-dioxid a szilícium-oxid - ebből a másik névből, a szilícium-dioxid - és a homok elsődleges alkotóeleme.

A szilika kémiai szerkezete tetraédert képez. Ez egy központi szilícium atomból áll, amelyet négy oxigénatom vesz körül, amellyel a központi atom kötődik. Az elrendezés körül rajzolt geometriai alaknak négy oldala van, mindkét oldal egyenlő oldalú háromszög: a tetraéder. Ennek elképzelése érdekében képzeljünk el egy háromdimenziós gömb-és-kibírós modellt, amelyben három oxigénatom tartja fel a helyzetét központi szilícium atom, hasonlóan a széklet három lábaihoz, a negyedik oxigénatom pedig egyenesen felfelé áll központi atom.

Kémiai szempontból a szilícium-dioxid-tetraéder így működik: a szilíciumnak 14 elektronja van, amelyek közül kettő kering a magban a legbelső héjában és nyolc kitölti a következő héjat. A fennmaradó négy elektron a legkülső "valencia" héjában van, így négy elektron rövid marad, ebben az esetben egy kation négy pozitív töltéssel. A négy külső elektron könnyen kölcsönözhető más elemek által. Az oxigénnek nyolc elektronja van, így kettő eléri a teljes második héjat. Az elektronok iránti éhség teszi az oxigént olyan erősré oxidáló szer, az az anyag, amely képes anyagok előállításához elveszíti elektronjait, és bizonyos esetekben lebomlik. Például a vas az oxidáció előtt rendkívül erős fém, amíg a víznek nem kerül kitéve, ebben az esetben rozsda képződik és lebomlik.

Mint ilyen, az oxigén kiválóan illeszkedik a szilíciumhoz. Csak ebben az esetben nagyon erős kötést képeznek. A tetraéderben levő négy oxigénatom mindegyike egy elektrontal rendelkezik a szilícium atomtól kovalens kötésben, tehát a kapott oxigénatom egy anion egy negatív töltéssel. Ezért a tetraéder egésze egy erős anion, négy negatív töltéssel, SiO₄^4–.

A szilícium-dioxid-tetraéder egy nagyon erős és stabil kombináció, amely könnyen összekapcsolódik ásványokban, és megosztja az oxigéneket a sarkokban. Az izolált szilícium-dioxid-tetraéderek számos szilikátban, például olivinban fordulnak elő, ahol a tetraédert vas- és magnézium-kationok veszik körül. Párok tetraéderek (SiO₇) számos szilikátban fordul elő, amelyek közül a legismertebb valószínűleg a hemimorfit. A tetraéder gyűrűi (Si₃O₉ vagy Si₆O₁₈) a ritka benitoitban és a közös turmalinben fordulnak elő.

A legtöbb szilikát azonban hosszú láncokból és lemezekből, valamint szilícium-dioxid-tetraéderek keretéből épül. Az piroxénekből és az amfibolok egy- és kettős láncú szilícium-dioxid-tetraédert tartalmaznak. A kapcsolódó tetraéder lapok alkotják a csillámok, agyagok és más fitoszilikát ásványok. Végül vannak olyan tetraéder-keretek, amelyekben minden sarok meg van osztva, így SiO-t eredményez₂ képlet. Kvarc és a földpátok az ilyen típusú legszembetűnőbb ásványi anyagok.

Tekintettel a szilikát ásványok prevalenciájára, biztonságos azt mondani, hogy ezek képezik a bolygó alapszerkezetét.