Les silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières








télécharger 76.07 Kb.
titreLes silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières
page1/3
date de publication04.05.2017
taille76.07 Kb.
typeDocumentos
c.21-bal.com > droit > Documentos
  1   2   3
LES SILICATES

Les silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières premières des industries du bâtiment, de la verrerie, de la céramique, et constituants des laitiers métallurgiques, forment la quasi-totalité de l’écorce terrestre. Ce sont, pour la plupart, des solutions solides dont la synthèse et l’interprétation des analyses chimiques sont différentes de celles des autres composés inorganiques. C’est la détermination, à partir de la diffraction des rayons X, des structures atomiques de ces composés cristallisés et les synthèses faisant intervenir des minéralisateurs (et, en particulier, l’eau agissant à des températures et à des pressions élevées) qui ont résolu les énigmes de ce chapitre de la chimie minérale. On ne considère plus les silicates comme des sels d’acides siliciques, mais comme des assemblages de tétraèdres quasi réguliers (Si, Al)O4, dont les centres sont occupés par des ions silicium ou aluminium, et les sommets par des ions oxygène.

Dans les tectosilicates, les tétraèdres forment une charpente tridimensionnelle (Si, Al)x O2x, dans laquelle chacun des atomes d’oxygène est commun à deux tétraèdres. Quand les centres des tétraèdres sont tous des atomes Si, les charpentes, électriquement neutres, ont pour formule SiO2 et correspondent aux différentes formes de silice  telles que le quartz, la tridymite et la cristobalite [cf. SILICE]. Si une partie des atomes Si est remplacée par des atomes Al, la charpente constitue un macroanion dont la charge négative est compensée par des cations, comme dans les feldspaths, les plus importants des silicates, les feldspathoïdes, les zéolites, toujours hydratées, auxquelles les charpentes très ouvertes confèrent des propriétés physico-chimiques particulières en ce qui concerne l’échange des cations et la mobilité de l’eau. Les phyllosilicates  (micas, chlorites, minéraux des argiles, etc.), à clivage facile, sont caractérisés par des feuillets plans de tétraèdres associés par trois de leurs sommets. Dans les inosilicates, les tétraèdres s’associent pour former soit des chaînes simples comme dans les pyroxènes, soit des chaînes doubles comme dans les amphiboles. Dans les sorosilicates, les tétraèdres constituent des groupes finis; le plus simple, comprenant deux tétraèdres, se trouve dans de nombreux silicates tels que l’épidote; le groupe peut être un anneau de tétraèdres: ce sont les cyclosilicates  tels que le béryl. Dans les nésosilicates, tels que les péridots (olivine), les grenats, les tétraèdres sont indépendants.

1. Importance et nature

Rôle géochimique

Si l’importance économique des silicates est considérable, leur rôle géochimique est essentiel. Ils forment plus de 90 p. 100 en poids de l’écorce terrestre. Les nombreuses données statistiques sur la composition chimique de la partie superficielle, en particulier celles qui ont été obtenues par F. W. Clarke et H. S. Washington (1924) se rapportant aux roches éruptives, peuvent être présentées sous forme condensée dans le tableau ci-contre.

Les roches sédimentaires et les roches métamorphiques, qui proviennent principalement de la transformation des roches éruptives, sont beaucoup moins abondantes et ont presque la même composition chimique: les actions d’oxydation, d’hydratation, de carbonatation de l’atmosphère altèrent très peu la composition de l’ensemble. Il en résulte que huit éléments chimiques seulement se combinent pour former pratiquement toute la masse de la lithosphère qui est directement accessible à l’analyse chimique. L’oxygène prédomine largement avec 46,60 p. 100; puis vient le silicium avec 27,72 p. 100. Ces deux éléments interviennent donc pour les trois quarts de la masse de la lithosphère. Les six autres éléments chimiques sont l’aluminium avec 8,13 p. 100, le fer 5,00 p. 100, le calcium 3,63 p. 100, le sodium 2,83 p. 100, le potassium 2,59 p. 100, le magnésium 2,09 p. 100; tous les autres éléments chimiques ne comptent, pondéralement, que pour 1,41 p. 100. En attribuant à l’ion oxygène, un rayon de 0,132 nm, V. M. Goldschmidt fait remarquer que les atomes d’oxygène occupent 90 p. 100 du volume de la lithosphère; ces atomes ionisés sont liés entre eux par les cations, qui sont essentiellement Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, pour former des silicates et la silice. Les plus abondants – plus de 60 p. 100 en poids – sont les feldspaths, aluminosilicates de potassium, de sodium et de calcium; viennent ensuite les pyroxènes et les amphiboles (env. 17 p. 100), puis le quartz (12 p. 100), les micas (4 p.100). Les silicates sont aussi les constituants essentiels de l’ensemble des météorites, sous la forme, le plus souvent, de l’olivine et d’un pyroxène; dans leur composition pondérale moyenne, fournie par Goldschmidt, les éléments chimiques qui comptent pour plus de 1 p. 100 sont: l’oxygène (32,30 p. 100), le fer (28,80), le silicium (16,30), le magnésium (12,30), le soufre (2,12), le nickel (1,57), l’aluminium (1,38), le calcium (1,33).

Place particulière en chimie minérale

Jusqu’à une période relativement récente, les silicates ont constitué un des chapitres de la chimie minérale les moins bien connus, car les méthodes classiques d’étude des composés inorganiques ne leur sont pas, en général, applicables. Quand ils peuvent être chauffés jusqu’à leur fusion sans se décomposer, ils fournissent, souvent, un verre au refroidissement, et beaucoup d’entre eux ne peuvent être reproduits au laboratoire à la pression ordinaire. Leur analyse chimique est difficile, car ce sont, presque toujours, des solutions solides dans lesquelles interviennent différents éléments chimiques par le jeu des remplacements isomorphiques. Et la traduction des analyses dans une formule chimique a, pendant longtemps, fait appel aux hypothèses fausses d’acides siliciques complexes. Il en a résulté un divorce entre chimistes et minéralogistes; pour ces derniers, la parenté des propriétés cristallographiques et physiques rapproche, dans une même famille, comme celles des micas et des pyroxènes, des minéraux qui, du point de vue chimique, apparaissaient très différents. C’est la diffraction cristalline des rayons X, entreprise d’abord par W. L. Bragg et ses élèves, qui a réconcilié chimistes et minéralogistes; et la détermination des structures atomiques a eu pour conséquence de faire du chapitre des silicates l’un des plus clairs de la chimie inorganique.

En s’appuyant sur les données des rayons X, Goldschmidt fournit, dès 1924, les dimensions des atomes ionisés, qu’il assimile à des sphères chargées électriquement; les silicates peuvent être envisagés comme des édifices d’anions oxygène, de rayon 0,132 nm, au contact de cations plus petits, liés par les forces électrostatiques de Coulomb. Goldschmidt insiste sur la notion de coordination d’un cation: c’est le nombre des anions qui l’entourent; il est déterminé par le rapport des rayons du cation et de l’anion. Un composé minéral apparaît alors comme un assemblage de polyèdres de coordination .

Cette nouvelle cristallochimie de Goldschmidt a été, par la suite (1929), précisée par les règles de L. Pauling qui associe les deux notions d’électrovalence et de coordination d’un cation avec celle de valence électrostatique, quotient de l’électrovalence par la coordination. L’ion Si4+, de rayon 0,039 nm, a pour coordination 4; il s’entoure de quatre atomes d’oxygène qui forment un tétraèdre SiO4 quasi régulier, le même dans tous les silicates. Et chacun de ces oxygènes est attiré par le silicium central avec une force de liaison plus solide que celles des autres cations avec lesquels il se trouve aussi en contact.

L’aluminium, qui occupe le troisième rang dans l’ordre d’abondance des éléments chimiques, a un rayon de 0,057 nm qui marque la limite où la coordination passe de 4 à 6; il peut donc constituer des tétraèdres AlO4 (et jouer le rôle structural du silicium) ou des octaèdres AlO6. Dans un même silicate, comme certains micas, il intervient avec ces deux aspects, qui, avant l’utilisation des rayons X, ne pouvaient être révélés par la seule analyse chimique.

Classification des silicates

Les industriels des silicates comme les céramistes, les verriers, les métallurgistes (pour les laitiers) utilisent une nomenclature qui traduit commodément la composition chimique de leurs matériaux; elle est fondée sur le rapport du nombre des atomes d’oxygène liés au silicium au nombre des atomes d’oxygène liés aux autres cations. Un rapport inférieur à 1 (comme dans l’andalousite Al2O3,SiO2) caractérise les subsilicates ; égal à 1 (par exemple, la forstérite 2MgO,SiO2), il désigne les monosilicates ; égal à 2 (par exemple l’enstatite MgO,SiO2), les bisilicates ; égal à 3, les trisilicates  (par exemple l’orthose (K2O,Al2O3,6SiO2).

 Des chimistes et quelques minéralogistes désignent les silicates comme des sels d’acides siliciques plus ou moins hypothétiques:

 

Cependant, cette nomenclature ne traduit aucunement les structures atomiques établies par les rayons X. Les anions isolés tels que Si2O52- et Si3O84- n’ont aucune réalité, ni en solution ni dans l’état solide. Aussi envisage-t-on actuellement une classification cristallochimique des silicates reposant sur l’arrangement des tétraèdres SiO4 et AlO4, et leurs formules chimiques condensent schématiquement à la fois la composition chimique et l’arrangement atomique. Les tétraèdres (Si,Al)O4 peuvent être indépendants ou s’associer par leurs sommets, mais de tels tétraèdres ne peuvent avoir en commun ni une arête ni une face. Cet assemblage de tétraèdres (Si,Al)O4 possède une charge négative que neutralise celle des cations. Ceux-ci, tels Mg, Fe, Al hexacoordonnés, se trouvent aux centres d’octaèdres quasi réguliers d’atomes d’oxygène, dont les arêtes ont une longueur voisine de celle du tétraèdre SiO4; de sorte que les silicates qui ont une importance géochimique apparaissent comme des arrangements de tétraèdres et d’octaèdres d’oxygènes avec des arêtes communes.

Toutefois, certains silicates, relativement rares, à faible teneur en silice, contiennent de fortes teneurs de gros cations dont l’arête du polyèdre de coordination ne s’ajuste pas à celle du tétraèdre SiO4. Comme l’a montré l’école des cristallographes russes avec N. V. Belov, pour ces silicates, c’est l’arrangement des polyèdres des atomes d’oxygène entourant les gros cations qui conditionne la structure atomique et les propriétés cristallographiques; la silice intervient sous la forme de groupes de deux tétraèdres SiO4 liés par un sommet, avec la formule Si2O7, qui s’adaptent aisément sur le réseau des gros cations grâce aux variations de l’angle de liaison Si–O–Si des deux tétraèdres associés.

Dans la classification cristallochimique, les silicates se répartissent dans les familles suivantes :

1. Silicates à tétraèdres indépendants, ou nésosilicates (ncsov, île). Pour ces composés, aucun atome d’oxygène n’est lié à deux atomes de silicium. Les tétraèdres SiO4 sont des anions associés par l’intermédiaire des cations. Un exemple est la forstérite Mg2SiO4; et il n’y a aucun inconvénient à considérer ce silicate comme un orthosilicate. Dans cette famille, le rapport atomique Si/O est, au plus, égal à 1/4.

2. Silicates à groupes finis de tétraèdres, ou sorosilicates (syrov, groupe). Les tétraèdres d’un même groupe s’associent, dans ces minéraux, de telle sorte qu’un atome d’oxygène soit un sommet commun à deux tétraèdres. Le plus petit de ces groupes comprend deux tétraèdres et a pour formule Si2O7; c’est le cas de la thortveitite, silicate de scandium de formule Sc2Si2O7. Mais le groupe le plus fréquent est un anneau de tétraèdres, et c’est pourquoi on appelle les silicates de cette famille des cyclosilicates. Le plus petit anneau comprend trois tétraèdres et a pour formule Si3O9, comme dans le bénitoïte BaTiSi3O9. Un anneau a pour formule générale SinO3n. Le cas le plus fréquent correspond à n=6, comme dans le béryl Be3Al2Si6O18. Deux anneaux peuvent se lier par certains des sommets des tétraèdres; ainsi, deux anneaux hexagonaux Si6O18 peuvent fournir un double anneau de formule Si12O30.

3. Silicates en chaînes, ou inosilicates(iv, inov, fibre). Les tétraèdres s’associent dans ces composés pour former des chaînes linéaires infinies et les silicates correspondants ont souvent une texture fibreuse. Si la chaîne est simple, sa composition chimique est SiO3, et la composition chimique en même temps que les propriétés cristallographiques sont bien mises en évidence en faisant apparaître la formule chimique du maillon de la chaîne; ainsi, tous les silicates du groupe important des pyroxènes sont caractérisés par Si2O6, car le maillon résulte de l’association de deux tétraèdres. Deux chaînes de tétraèdres peuvent aussi s’unir pour former une double chaîne; par exemple, les amphiboles sont des silicates de compositions chimiques très variables, dont les analogies chimiques et physiques très étroites proviennent de la présence d’une double chaîne linéaire dont le maillon a pour formule Si4O11.

4. Silicates lamellaires, ou phyllosilicates (fullon, feuille). Dans ce cas, les chaînes de tétraèdres mettent en commun certains de leurs sommets pour constituer des réseaux plans. Ainsi, deux chaînes de pyroxènes juxtaposées, de maillon SiO3, fournissent la double chaîne des amphiboles Si4O11; si l’association des chaînes se poursuit, de telle façon que trois atomes de chacun des tétraèdres soient communs à trois autres tétraèdres, on aboutit à un réseau plan de tétraèdres, liés par trois de leurs sommets, dont la composition chimique est Si2O5. Cette couche est l’élément structural fondamental d’un grand nombre de silicates qui se caractérisent par un clivage très facile, comme les micas, les chlorites, le talc et les minéraux des argiles.

5. Silicates à charpente tridimensionnelle, ou tectosilicates (de tektonia, charpente). Les tétraédres SiO4 forment une charpente continue dans les trois dimensions de l’espace si chacun des oxygènes devient commun à deux tétraèdres; la formule chimique correspond à SiO2. Les différentes silices sont, en effet, caractérisées par un tel enchaînement de tétraèdres. Dans les silicates de ce type, les siliciums aux centres des tétraèdres sont plus ou moins remplacés par des ions Al3+; et la charpente (Si,Al)O2 devient, à la dimension du cristal, un anion dont la charge négative est compensée par la charge positive du réseau des cations. Les tectosilicates les plus importants sont les feldspaths, les feldspathoïdes et les zéolites.

6. Hétérosilicates. Cette classe de silicates caractérise ceux pour lesquels l’arrangement des tétraèdres SiO4 ne prédomine plus. La structure peut mettre en évidence, par exemple, les tétraèdres indépendants des nésosilicates en même temps que des groupements tels que Si2O7 des sorosilicates. C’est le cas de la clinozoïsite, avec la formule Ca2Al3(O,OH)(SiO4)(Si2O7).

2. Synthèses et transformations

Voie sèche

Certains silicates peuvent aisément être reproduits au laboratoire par voie sèche en portant le mélange des oxydes de leurs constituants à une température suffisamment élevée. Les silicates des basaltes, par exemple, s’obtiennent par cette méthode simple. Et, depuis la fin du siècle dernier, on a établi, dans divers laboratoires du monde, un très grand nombre de diagrammes d’équilibre de systèmes binaires ou ternaires tels que SiO2_MgO_FeO ou CaO_Cr2O3_SiO2, qui se rapportent à d’importantes familles de silicates telles que celles de l’olivine, des pyroxènes, des grenats. Ces diagrammes d’équilibre présentent un très grand intérêt non seulement pour les minéralogistes et les pétrographes, mais aussi pour les céramistes et les métallurgistes. Cependant, des phases solides qui coexistent en équilibre à une température élevée se transforment quand la température s’abaisse [cf. MAGMATIQUES (ROCHES)]. Les équilibres s’établissent d’autant plus difficilement que la température est plus basse, à moins que n’interviennent des minéralisateurs. Ce sont des composés (oxydes alcalins et alcalino-ferreux) qui agissent en petite quantité, en attaquant chimiquement la surface des formes thermodynamiquement stables. Les minéralogistes, les céramistes les emploient constamment; ils font toujours, depuis les travaux de C.N. Fenner et de H. Le Chatelier au début de ce siècle, l’objet d’études actives.
  1   2   3

similaire:

Les silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières iconAu xixe siècle, Marcelin Berthelot ne voyait encore dans les opérations...
«C'est d'abord l'analogie évidente entre le yogin qui opère sur son propre corps et sa vie psychomentale d'une part, et l'alchimiste...

Les silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières iconRésumé : IL s’agit d’une activité de réinvestissement dans laquelle...

Les silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières iconVoici une liste de différentes formes écrites

Les silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières iconEn hygiène et salubrité, les cinq (5) dernières années ont servi...
...

Les silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières iconRésumé (en 5 lignes au plus)
Les méthodes spectrales ont permis d’accroître de façon considérable les connaissances de la physique. La spectrométrie est devenue...

Les silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières iconCommunique de presse
«Les compétences d’une entreprise spécialisée sont beaucoup plus poussées et ses collaborateurs ont une connaissance de la gmao bien...

Les silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières iconPour lequel on trouve ici l’examen de
«L’hélicon et l’accordéon ont encore à me révéler tous leurs secrets. […] Les textes sanscrits cachent peut-être un message d’ordre...

Les silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières icon24 heures de science 6e édition
«Le 24 heures de science est un événement qui permet à tous les organismes qui ont un lien avec la science et la technologie de se...

Les silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières iconLes Guerres entre Catholiques et Protestants dans le Cotentin au 16ième Siècle
«…ce grave événement, préparé depuis longtemps dans l’esprit des peuples, et semblable à ces maladies qui éclatent tout à coup dans...

Les silicates et les différentes formes de silice qui s’y rattachent ont une importante industrielle et géochimique considérable. Ces minéraux, matières iconLes additifs alimentaires
«ont du goût», qui aient une couleur attirante, qui se conservent longtemps Les consommateurs se dirigent également vers des produits...








Tous droits réservés. Copyright © 2016
contacts
c.21-bal.com