Silicati tridimensionali a struttura continua
I Tettosilicati hanno i soliti tetraedri di silicio che si sviluppano nelle 3 dimensioni.
I Tettosilicati sono composti da tetraedri di silicio e ossigeno, non esiste ossigeno libero, perchè la struttura tridimensionale è continua, è il caso dei quarzi, feldspati, feldspatoidi e zeoliti. Nei tetraedri dei quarzi c’è solo silicio, invece negli altri Tettosilicati c’è anche alluminio, quindi parliamo di allumosilicati.
Il fatto che siano puri, rispetto ai metalli, li rende particolarmente più leggeri rispetto agli inosilicati e ai fillosilicati.
Il rapporto silicio o silicio-alluminio e ossigeno è 1:2.
La formula dei Tettosilicati è ZO2, dove O è l’ossigeno, Z è solitamente il silicio che però talora è sostituito dall’alluminio.
Quarzo
Il Quarzo costituisce il 12% del volume della crosta terrestre.
Il Quarzo è molto duro: 7 Mohs. Quindi il Quarzo ha una durezza simile allo zircone (7,5 Mohs) ma è molto più leggero, infatti la densità del Quarzo è 2,60 e quella dello zircone è 4,65 g/cm³.
Il Quarzo è formato da tetraedri silicio-ossigeno uniti tra loro per i 4 vertici, per cui anche se la formula del tetraedro è SiO4, la la formula del Quarzo è SiO2.
Il quarzo puro è incolore, è detto cristallo di rocca, è composto per il 100% di silice SiO2.
Il quarzo impuro, con piccole quantità di altri elementi prende colore.
Il quarzo può mostrarsi con grossi cristalli come nel cristallo di rocca, ametista…
Il quarzo contenente ossido di ferro diventa viola, è l’ametista.
Il quarzo contenente manganese diventa rosa, è il Quarzo rosa.
Calcedonio
Quando il quarzo si presenta con piccoli cristalli si parla di Calcedonio: agata, corniola, onice…
Il crisoprasio è un Calcedonio, verde per gli idrati di nichel.
Il cromo-calcedonio è un Calcedonio, verde per il cromo.
La corniola è un Calcedonio arancio rossastro.
L’eliotropio è un Calcedonio verde scuro con macchie di ferro rosso vivo.
Feldspato
Quando nei tettosilicati troviamo l’alluminio che si sostituisce in parte al silicio abbiamo il Feldspato.
Costituisce il 40% della crosta continentale e si rinviene anche nel basalto oceanico.
Il peso specifico dei Feldspati: 2,7 – 2,6.
I feldspati hanno formula X(Al, Si)4O8, in cui X può essere K+, Na+, Ca++, meno Ba++, Rb+, Sr++ e Fe++. (peso specifico 2,6)
Il feldspato di K si chiama Ortoclasio con formula KAlSi3O8.
Nell’Ortoclasio il potassio si deposita negli spazi liberi fra i tetraedri, l’Ortotoclasio è molto comune.
Il feldspato di Na si chiama Albite con formula NaAlSi3O8.
Il feldspato di Ca si chiama Anortite con formula CaAl2Si2O8.
Miscele di albite e anortite formano il Plagioclasio, il Plagioclasio è abbastanza comune.
Il feldspato di Ba si chiama Celsiana con formula BaAl2Si2O8, è invece molto raro.
Il Feldspato può diventare una illite in ambiente alcalino o una caolinite in ambiente acido.
Feldspatoide
Il Feldspatoide contiene meno silice rispetto al feldspato, ed è molto meno presente del feldspato.
Il peso specifico dei Feldspatoide: 2,52 – 2,3. Il Feldspatoide è il ponte verso le zeoliti.
Zeolite
La Zeolite è un Tettosilicato microporoso, formato da tetraedri di silicio o alluminio.
Il rapporto ottimale è 1 tetraedro di silicio e 1 tetraedro di alluminio.
Non ci possono essere più tetraedri di alluminio, perché fra loro non riescono a legare, per cui nelle Zeoliti il rapporto Si/Al è maggiore di 1, cioè c’è più silicio.
Nelle Zeoliti naturali il rapporto Si/Al massimo arriva a 7, in quelle sintetiche supera il 7 tendendo all’infinito.
Talora al posto dell’alluminio possiamo trovare B, P, Fe, Ni, Sn e Ti.
Nella Zeolite fino a 8 tetraedri si legano fra loro ad anello, formando canali e microcavità che rappresentano circa il 40% del volume del minerale.
Per dare un’idea di queste microcavità, basta sapere che la superficie di queste cavità misura 500 m2/grammo.
Le cavità spiegano, rispetto a tutti gli altri silicati, il basso peso specifico delle Zeoliti: 2,3 – 2,0.
All’interno dei canali e delle microcavità albergano altri ioni come lo ione sodio, lo ione potassio, lo ione calcio e l’acqua.
Adesso possiamo introdurre la formula della Zeolite: Mx (Alx Si1-x)O2.
M rappresenta un catione metallico: Na+, K+, Ca++.
Se 1 è la quantità di silicio e alluminio, la quantità di silicio è uguale a 1- la quantità di alluminio, e la quantità dei metalli è uguale quella dell’alluminio. Il tutto sempre con 2 atomi di ossigeno.
Attraverso questi canali, gli ioni e l’acqua possono muoversi all’interno o verso l’esterno, ma non a piacimento.
Lo scambio dei cationi dipende dal rapporto Si/Al che c’è nella struttura tetraedrica della Zeolite.
Aumentando il silicio nella struttura, aumenta l’adsorbimento lipofilo e diminuisce quello idrofilo.
La presenza di ione sodio riduce un poco il diametro dei canali, se il sodio viene sostituito dal potassio, il diametro si riduce ulteriormente, per cui quel che prima passava ora si trova la strada chiusa.
Una Zeolite A contenente ione sodio lascia passare acqua e ammoniaca e molecole più grandi, ma se il sodio viene sostituito dal potassio, molecole più grandi come alcol e alcani non possono più passare.
In sintesi regolando a piacimento il diametro dei canali, faccio passare quel che voglio, faccio un setaccio molecolare molto selettivo.
Il piacere dipende dal diametro variabile di questi canali.
Alcuni tipi di Zeolite
Esistono centinaia di tipi Zeoliti naturali classificate a seconda della disposizione dei canali:
le Zeoliti fibrose hanno canali paralleli a singola direzione, come la natrolite,
le Zeoliti lamellari hanno canali paralleli a doppia direzione, come la philipsite,
le Zeoliti aperte o frameworck hanno canali paralleli a tripla direzione, come la Zeolite A.
La formula della natrolite Na2[Al2Si3O10]·2(H2O).
La formula della philipsite (K,Na,Ca)1-2(Si,Al)8O16·6(H2O).
La clinoptinolite è una delle zeoliti più utilizzate nella depurazione e nella zootecnia.
La formula della clinoptinolite (Na, K)6 [Al6 Si30 O72] · 20 H2O.