Tétraèdre de silice défini et expliqué

La grande majorité des minéraux dans les roches de la Terre, de la croûte jusqu'au noyau de fer, sont chimiquement classés comme silicates. Ces minéraux silicatés sont tous basés sur une unité chimique appelée tétraèdre de silice.

Tu dis du silicium, je dis de la silice

Les deux sont similaires (mais aucun ne doit être confondu avec silicone, qui est un matériau synthétique). Le silicium, dont le numéro atomique est 14, a été découvert par le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius en 1824. Il est le septième élément le plus abondant de l'univers. La silice est un oxyde de silicium - d'où son autre nom, le dioxyde de silicium - et est le principal composant du sable.

Structure du tétraèdre

La structure chimique de la silice forme un tétraèdre. Il se compose d'un atome de silicium central entouré de quatre atomes d'oxygène, avec lesquels l'atome central se lie. La figure géométrique dessinée autour de cet arrangement a quatre côtés, chaque côté étant un triangle équilatéral - un tétraèdre. Pour imaginer cela, imaginez un modèle de balle et de bâton en trois dimensions dans lequel trois atomes d'oxygène soutiennent leur atome central de silicium, un peu comme les trois jambes d'un tabouret, avec le quatrième atome d'oxygène collant directement au-dessus de l'atome central. 

Oxydation

Chimiquement, le tétraèdre de silice fonctionne comme ceci: le silicium a 14 électrons, dont deux en orbite autour du noyau dans la coquille la plus intérieure et huit remplissent la coquille suivante. Les quatre électrons restants sont dans sa coquille de "valence" la plus externe, ce qui lui laisse quatre électrons courts, créant, dans ce cas, un cation avec quatre charges positives. Les quatre électrons extérieurs sont facilement empruntés par d'autres éléments. L'oxygène a huit électrons, ce qui en fait deux à court d'une seconde coquille complète. Sa faim d'électrons est ce qui fait de l'oxygène un oxydant si puissant, un élément capable de faire perdre des électrons aux substances et, dans certains cas, de les dégrader. Par exemple, le fer avant l'oxydation est un métal extrêmement résistant jusqu'à ce qu'il soit exposé à l'eau, auquel cas il forme de la rouille et se dégrade.

En tant que tel, l'oxygène est un excellent match avec le silicium. Seulement, dans ce cas, ils forment un lien très fort. Chacun des quatre oxygènes du tétraèdre partage un électron de l'atome de silicium dans une liaison covalente, donc l'atome d'oxygène résultant est un anion avec une charge négative. Par conséquent, le tétraèdre dans son ensemble est un anion fort avec quatre charges négatives, SiO₄^4-.

Minéraux silicatés

Le tétraèdre de silice est une combinaison très solide et stable qui se lie facilement ensemble dans les minéraux, partageant des oxygènes à leurs coins. Des tétraèdres de silice isolés sont présents dans de nombreux silicates tels que l'olivine, où les tétraèdres sont entourés de cations de fer et de magnésium. Paires de tétraèdres (SiO_sept) se trouvent dans plusieurs silicates, dont le plus connu est probablement l'hémimorphite. Anneaux de tétraèdres (Si₃O₉ ou Si₆O₁₈) se produisent dans la rare benitoite et la tourmaline commune, respectivement.

La plupart des silicates, cependant, sont constitués de longues chaînes et de feuilles et de cadres de tétraèdres de silice. Les pyroxènes et les amphiboles ont respectivement des chaînes simples et doubles de tétraèdres de silice. Des feuilles de tétraèdres liés constituent les micas, les argiles et d'autres minéraux phyllosilicates. Enfin, il existe des cadres de tétraèdres, dans lesquels chaque coin est partagé, résultant en un SiO₂ formule. Le quartz et les feldspaths sont les minéraux silicatés les plus importants de ce type.

Étant donné la prévalence des minéraux silicatés, il est sûr de dire qu'ils forment la structure de base de la planète.