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O segredo dos silicatos: por que a combinação de silício e oxigênio é tão forte?
Como um composto químico importante, o silicato é composto principalmente de silício e oxigênio. Os compostos desses dois elementos são onipresentes na Terra. Eles não só existem na forma mineral na natureza, mas também são amplamente utilizados na indústria e na vida diária. Portanto, uma compreensão mais profunda da estrutura e das propriedades químicas dos silicatos pode nos ajudar a compreender o seu potencial para aplicações e porque estes compostos são capazes de resistir a ambientes extremos.
A estrutura do silicato é baseada em um tetraedro idealizado, com um átomo de silício no centro e quatro átomos de oxigênio nos cantos, conectados por uma única ligação covalente.
Princípios estruturais
Na maioria dos silicatos, os átomos de silício formam ligações fortes e estáveis com quatro átomos de oxigênio. Esta estrutura cria alguns materiais muito fortes que se comportam geologicamente como rochas. A classificação dos silicatos depende principalmente do comprimento e da reticulação do ânion silicato. Aqui estão alguns dos principais tipos de silicato:
Silicato isolado
O ânion silicato tetraédrico isolado tem a fórmula química SiO4−4 Minerais comuns incluem olivina ((Mg,Fe)2 sub. >SiO4). Neste grupo, dois ou mais átomos de silício podem compartilhar átomos de oxigênio, formando ânions mais complexos, como o pirossilicato Si2O6−7.
Silicato de cadeia
Silicato de cadeia refere-se a uma estrutura na qual cada átomo de silício compartilha dois átomos de oxigênio, resultando em uma estrutura linear ou cíclica. Por exemplo, um mineral comum entre os silicatos de cadeia simples é o piroxênio, enquanto um representante dos silicatos de cadeia dupla é o anfibólio.
Folha de silicato
Na folha de silicato, cada átomo de silício compartilha três átomos de oxigênio, formando uma estrutura bidimensional. Esta estrutura confere-lhes um forte plano de clivagem. Por exemplo, a mica (como a muscovita e a biotita) enquadra-se nesta categoria.
Silicato de estrutura
Nos silicatos estruturais, cada tetraedro compartilha seus quatro átomos de oxigênio, criando uma estrutura tridimensional. Quartzo e feldspato se enquadram nesta categoria.
Silicato de silício não tetraédrico
Embora o tetraédrico seja uma geometria de coordenação comum para compostos de silício (IV), o silício também pode existir em números de coordenação mais elevados. Por exemplo, no hexafluorosilicato SiF6−2, os átomos de silício são rodeados por seis átomos de flúor, formando um arranjo octaédrico.
Sob pressões extremamente altas, a geometria do silício muda, e até mesmo o dióxido de silício adota uma geometria octaédrica de seis coordenadas em alguns minerais de alta pressão, como a granada.
Propriedades Químicas
Os silicatos são quimicamente inertes, o que os torna relativamente estáveis como minerais comuns. Em algumas aplicações industriais, os silicatos reagem com outros óxidos metálicos e água para formar materiais estruturais como o cimento. Por outro lado, a solubilidade dos silicatos varia dependendo da natureza do ânion, e certos tipos de silicatos são solúveis em água e ainda utilizados em uma variedade de aplicações químicas úmidas.
Reatividade e detecção
A reação do silicato é geralmente relativamente estável e pode ser usada para detectar sua forma em solução. Ao reagir com o ânion molibdato, um complexo amarelo de silicato molibdato é produzido. Isto fornece uma maneira de estudar o envolvimento dos silicatos na natureza, e as taxas de reação variam com silicatos com diferentes graus de polimerização.
Importância geológica e industrial
A solubilidade dos silicatos é crítica para a compreensão da biomineralização e da síntese de catalisadores industrialmente importantes, como os zeólitos. Em geologia, os silicatos podem fornecer informações críticas para uma variedade de ambientes específicos e têm demonstrado potencial na redução das emissões de CO2 em aplicações industriais como cimento e concreto.
Conclusão
À medida que nossa compreensão sobre os silicatos melhora, podemos utilizar melhor esses materiais abundantes e importantes na natureza. No entanto, isto também levanta uma questão: Como podemos utilizar os silicatos de forma mais eficaz para promover o desenvolvimento sustentável face aos desafios ambientais globais?
