Estructuras tridimensionales

El dióxido de silicio puede existir en diversas formas : Como cuarzo (termodinámicamente estable a temperatura ambiente), Tridimita , cristobalita, así como variedades densas como la coesita formada a alta presión.

Cuarzo (SiO2)n
Tridimita (SiO2)n
Cristobalita (SiO2)n

 

Sin embargo, si algunos átomos de silicio en esa estructura tridimensional son reemplazados por aluminio, la estructura se torna cargada negativamente y deben estar otros cationes distribuidos uniformemente a través de ella. Todos estos silicatos contienen tetraedros de silicato con compartición total, pero con diferentes disposiciones de enlace en los tetraedros.

Hay tres minerales importantes que tienen marco principal de aluminosilicatos:

los feldespatos

las zeolitas y

los ultramarinos.

LOS FELDESPATOS

Los feldespatos son los  minerales más importantes que forman las rocas, se subdividen en dos grupos de acuerdo con la simetría de sus estructuras, son miembros típicos de los grupos:

1)

Ortoclasa KAlSi3O8
Celsiana BaAl2Si2O8


2) Los feldespatos plagioclasa:

Albita NaAlSi3O8
Anortita CaAl2Si2O8  

 

Los feldespatos del primer grupo contienen los iones voluminosos K+ y Ba2+ (radios 1.38 y 1.36 Aº , respectivamente), mientras que los feldespatos plagioclasa contienen los iones más pequeños Na+ y Ca2+ (radios 1.02 y 1.00 Aº respectivamente).

La diferencia entre las simetrías de los dos grupos de feldespatos está asociada con esta diferencia de tamaño de los iones positivos, pués el armazón es esencialmente el mismo en todos los feldespatos anteriores, pero se contrae ligeramente en el segundo grupo alrededor de los iones más pequeños sodio y calcio. Los armazones (Si, Al)nO2n de los feldespatos se pueden considerar como constituidos por capas de tetraedros colocados en los nudos de la red plana 4:8 apuntando el cuarto vértice de cada tetraedro hacia arriba o hacia abajo, fuera del plano del papel. Estas capas se unen a continuación a través de los vértices que se proyectan de forma que las capas adyacentes están relacionadas por medio de planos de simetría. Según la disposición relativa de los tetraedros que apuntan hacia arriba o hacia abajo surgen armazones tridimensionales distintos. Las capas de la figura dan el armazón de paracelsiana, una de las formas de Ba Al2Si2O8 y la iso estructural danburita, Ca B2Si2O8 , mientras que los feldespatos comunes surgen por unión de las capas más complejas de la fig. b). Parece probable que las pequeñas diferencias estructurales entre los feldespatos de tipos semejantes se pueden relacionar con el grado de ordenación de Si y de Al en los tetraedros de los armazones, pues hay una diferencia apreciable entre las distancias Al-O y Si-O.

Se han hecho estimaciones del porcentaje de Si y Al que ocupa un conjunto particular de sitios tetraédricos en varias estructuras, aunque ha habido algunas controversias en los valores precisos Si-O y Al-O que se han de adoptar como estandar. Para los feldespatos los valores adecuados son próximos a 1.605Aº para Si-O y 1.76 Aº para Al-O. Los feldespatos al exponerse al ambiente dan lugar al barro:

 

4K(Al Si3O8) + 4CO2 + H2O ---- 4KHCO3 + 2 Al2(OH)4Si2O5 + 8 SiO2

Zeolitas

Las Zeolitas al igual que los feldespatos están constituidas por armazones (Si , Al)nO2n y la sustitución de parte del Si de SiO2 por Al da un armazón con carga negativa que se contrarresta mediante los iones positivos de las cavidades, Las estructuras son mucho más abiertas que las de los feldespatos. Un aspecto característico de las zeolitas es la existencia de túneles ( o sistemas de cavidades poliedricas interconectadas) a través de la estructura, se pueden esperar 3 tipos principales en las cuales los túneles son paralelos a) una linea dando al cristal un caracter fibroso b) dos lineas y arregladas en planos, así que los cristales tengan una naturaleza laminar. c) tres lineas no coplanares tales como ejes cúbicos; en este caso los cristales no tienen estructura fibrosa o laminar pronunciada. Los armazones más simétricos tienen simetría cúbica y en varias zeolitas el armazón corresponde a las aristas de una disposición de ocupación espacial de poliedros.

Una propiedad característica de las zeolitas es la facilidad con que captan y pierden agua, la cual se mantiene débilmente unida a la estructura. También los iones positivos pueden ser intercambiados por otros, por mera inmersión del cristal en una disolución de la sal apropiada. Las permutitas que se utilizan para el ablandamiento de agua son zeolitas sódicas que captan el calcio del agua y lo reemplazan por sodio, convirtiéndola por consiguiente en blanda. La permutita se regenera tratándola con salmuera, teniendo entonces lugar el proceso inverso: reemplazo del calcio por sodio y quedando la permutita lista para seguir siendo utilizada. Además, ciertas zeolitas se comportan como filtros moleculares cuando se retira totalmente el agua absorbida en las cavidades. Diversas moléculas no modificadas, como CO2 , NH3 y compuestos orgánicos, pueden absorberse selectivamente en las cavidades, dependiendo de su tamaño. Las zeolitas también se comportan como catalizadores ácidos. La catálisis heterogénea de las zeolitas ácidas es uno de los temas investigados con mayor intensidad en química.

Algunas zeolitas naturales:

Nombre

Fórmula

(Composición

idealizada)

Tamaño

de los

anillos

Imagen
Faujasita Na58Al58Si134O384.240 H2O 4, 6, 12  
Natrolita Na16Al16Si24O58 16H2O 4, 8
Estilbita Na4Ca8Al20Si52O144 56H2O 4, 5, 6, 8, 10  
Sodalita Na6Al6Si6O24 2H2O 4, 6
Ro Na12Al12Si36O96 44H2O 4, 6, 8  
Mordenita Na8Al8Si40O96 24H2O 4, 5, 6, 8, 12

Ultramarinos

Al igual que los otros silicatos 3D, están basados en estructuras (Si,Al)O2 con iones positivos en los intersticios, pero una característica de este grupo es que también contienen iones negativos tales como Cl-,

(SO4)4-, o S2-; al igual que los feldespatos y en contraste a las zeolitas,los ultramarinos son anhidros.


Miembros representativos de este grupo son:

Ultramarino
Na8Al6Si6O24(S,Se,Te)
Sodalita Na8Al6Si6O24.Cl
Noselita Na8Al6Si6O24.SO4
Helvita (Mn,Fe)8Be6Si6O24.SO4
Tugtupita Na8Al2Be2Si8O24(S,Cl2 )


Como en las zeolitas el intercambio de iones intersticiales es posible, por ejemplo sodalita que contiene iones cloruro, es convertida a noselita por calentamiento en sulfato de sodio fundido.

Se han preparado también muchos ultramarinos conteniendo iones tales como litio(1+), Tl(1+), Ca(2+) y Ag(1+) en lugar de sodio (1+) y con selenio o teluro para reemplazar el azufre. Este reemplazamiento de iones trae una variación extraordinaria en color, desde casi incoloro a amarillo, rojo, violeta y azul. Se debe apreciar que las fórmulas asignadas a los compuestos en la lista anterior son fórmulas ideales y que se puede tener variaciones considerables en composición, siempre que las cargas positivas correspondan a las cargas negativas.

 

 

 

 

QUIMICA INORGANICA
Por.
IQ.Marta Rodriguez
 
Laboratorio 1C


Química Inorgánica
Tel 56223538
Facultad de química


UNAM
CIUDAD 
UNIVERSITARIA
MEXICO
D.F.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MRP/IZC Mayo 16 2001

DePA. Facultad de Química. UNAM.

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