Silicatos Ii. Geologia.

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Geología

Son los componentes más importantes de las rocas y constituyen con el cuarzo el 95% de la parte conocida de la corteza terrestre. Es la clase mineral más rica en especies y, debido a la facilidad de su investigación óptica, una de las mejor conocidas. Físicamente se reconocen con facilidad por su falta de color propio, brillo no metálico, raya blanca, elevada dureza y su aspecto general bastante característico.

La mayoría de los s. los hallamos como constituyentes de las rocas eruptivas (V. ROCAS II), formados a temperatura y presión elevadas, generalmente en amplias zonas de variación de ambos factores, con estructuras densas y carentes de agua; el cuarzo (v.), los feldespatos (v.) y las micas (v.), elementos fundamentales de los granitos (v.), son ejemplo claro de lo anterior. En las condiciones de formación de las rocas metamórficas (V. ROCAS IV) se originan una serie de s., algunos de ellos con estructuras menos densas y con hidroxilos, como las serpentinas, el talco, etc. Por el contrario, en las rocas sedimentarias (V. ROCAS III), y debido a la acción del ácido carbónico, que en las condiciones ambientales destruye a los s., no hay formación de estos minerales, sino que existen fases de transformación de los mismos, de estructuras generalmente en capas, con gran cantidad de agua de constitución y de imbibición. Son típicamente los minerales de la arcilla (v.).

Estructura. Durante largo tiempo se intentó interpretar químicamente los s., de igual forma que se había hecho con los sulfatos, los carbonatos, etc. Se idearon una serie de hipotéticos ácidos silícicos que partiendo del ortosilícico, Si04H4, por unión de n moléculas, con pérdida de n-1 de agua, daba los ácidos: metasilícico Si03H2, trisilícico Si30sH4, etc. Las sales de estos ácidos constituirían los s.; así el olivino -Si04(Mg, Fe)2- sería el ortosilicato magnésico o ferroso; la enstatita -Si03Mg-, el metasilicato magnésico, y la ortosa -Si03AIK-, el trisilicato alumínico potásico. A partir de esta interpretación Groth ordenó estos minerales dentro de una clasificación eminentemente química, que aún puede observarse en algunos libros.

Los estudios de Bragg, Goldschmidt, Machatschki, Schiebold y otros investigadores sobre la estructura de estos minerales (v.) han permitido, por una parte, comprender el mecanismo fundamental sobre el que se basa su heterogeneidad, y, por otra, han marcado el camino para una clasificación racional de los s. Actualmente, a pesar de su complejidad, pocos son los s. que no puedan identificarse estructuralmente con uno de los esquemas básicos existentes. Las propiedades cristaloquímicas de los minerales de la clase se deben esencialmente a las especiales características del grupo Si04 y al tipo de armazón que resulta de sus uniones. En síntesis, podemos considerar a un s. como un esqueleto de tetraedros Si04, relleno con cationes en unos casos, con cationes y agua en otros, o sin nada como en el caso del cuarzo.

La unión del silicio con el oxígeno es de naturaleza casi totalmente covalente (V. ENLACES Químicos, 3), estando los oxígenos dispuestos en las posiciones de valencia del silicio (v.), o sea, en los vértices de un tetraedro de 2,6 A de arista, en cuyo centro se halla este último. Esta disposición coincide con la que presentaría si el enlace fuera totalmente iónico, ya que la relación de radios silicio/oxígeno corresponde precisamente a la coordinación tetraédrica; pero de la resistencia a la destrucción que tiene el cuarzo, la presencia de esta configuración en el 95% de los minerales, y sus propiedades fisicoquímicas -insolubilidad en agua y en ácidos, temperatura defusión, dureza, etc- se deduce que el tipo de enlace entre el silicio y el oxígeno es casi completamente covalente. Estos tetraedros se unen entre sí por los vértices de manera semejante a lo que ocurre en la polimerización (v.) en Química orgánica, dando lugar a los varios tipos estructurales de los s. Es interesante constatar que en la Naturaleza no se da el caso de que dos tetraedros Si04 se unan por las aristas o por las caras, compartiendo dos o tres oxígenos, pues en este caso los átomos de silicio quedarían muy próximos y harían inestable la estructura. Existe una regla general que relaciona el grado de polimerización de un s. con las condiciones de formación. Su enunciado es: "en igualdad de condiciones, cuanto más elevada es la temperatura de formación, tanto más bajo es el grado de polimerización y viceversa". Existen numerosos factores que pueden perturbar la validez de esta regla; sin embargo, la observación de los minerales que forman las rocas demuestra su utilidad. Basándose en esta regla y otros datos, N. L. Bowen ha establecido unas series de cristalización de los s. de las rocas ígneas, con el descenso de la temperatura. Los iones que entran en la estructura de los s. se clasifican desde un punto de vista cristaloquímico en cuatro grupos. El criterio cristaloquímico se -basa principalmente en el tamaño del ion y su carga:a), Después del silicio, el ion más importante en los s. es el aluminio trivalente, pues debido a su tamaño puede sustituir a aquél en la posición tetraédrica, y coordinar sus cuatro oxígenos. Esta sustitución presenta un defecto de carga, ya que la valencia del aluminio (v.) es menor que la del silicio; el defecto de carga debe compensarse con la introducción en la red de nuevos iones cargados positivamente.

b) El segundo grupo de cationes es de mayor tamaño, pudiendo rodearse de seis átomos de oxígeno, resultando la coordinación octaédrica. Pertenecen a este grupo el aluminio hexacoordinado, hierro (v.), magnesio (v.), titanio y manganeso (v.).

c) El sodio (v.) y el calcio (v.) son extraordinariamente abundantes en los s. de los grupos tecto, filo e inosilicatos. Presentan índice de coordinación ocho con el oxígeno y constituyen el tercer grupo de cationes.

d) Por último, los cationes de potasio (v.), bario (v.) y rubidio presentan índice de coordinación ocho o doce, según los casos. En general, la sustitución iónica entre iones del mismo grupo es muy amplia, dando lugar a series isomorfas como la del olivino.

M. FONT ALTABA.

BIBL.: V. la de MINERALES.