Kremičitany (alebo silikáty) predstavujú veľkú skupinu minerálov, ktoré ako základné stavebné jednotky obsahujú jednotky [SiO4] (tetraedrické obklopenie atómu kremíka 4 atómami kyslíka). Je pozoruhodné, že chémia kremičitanov je taká rôznorodá, kým napríklad uhličitanov je oveľa menej a všetky sú štruktúrne podobné: sú to iónové zlúčeniny s obsahom uhličitanového aniónu (CO3)2-. Dôvod, prečo je toľko kremičitanov je pevná väzba kremík-kyslík, vďaka čomu jednotky [SiO4] sa môžu spájať do rôznych útvarov, reťazcov, môžu vytvárať vrstvy či 3D štruktúry. Pevnosť väzby uhlík-kyslík je oveľa menšia, čo je príčinou toho, prečo uhličitany nerobia to isté.

Obr. 1 Štruktúra jednotky [SiO4]

Delenie

Kremičitany sa kategorizujú podľa ich štruktúry:

Nesosilikáty (alebo ortosilikáty)

Tieto kremičitany obsahujú izolované anióny [SiO4]4-, ktoré môžu byť prepojené cez oktaedrické jednotky [MO6], v ktorej M predstavuje katión kovu. Príkladom je olivín (Mg, Fe)2SiO4, ktorý obsahuje tieto izolované ióny. Do tejto skupiny patrí aj spessartín Mn3Al2[SiO4]3, ktorý sa dá nájsť v Čučme, na halde z Čiernej bane. V spessartíne môžeme vidieť prepojenie [SiO4] jednotiek s jednotkami [AlO6] (atóm hliníka je obklopený 6 atómami kyslíka, vzniknutý polyéder má tvar oktaédra) ktoré tvoria základ štruktúry a vo vznikajúcich dutinách sa budú nachádzať manganaté ióny Mn2+.

Obr. 2 Vzorka olivínu a jej kryštálová štruktúra (horná časť) a kryštál spessartínu z Čučmy pod mikroskopom (zväčšenie: 40x) s kryštálovou štruktúrou (dolná časť)

Sorosilikáty

Sorosilikáty obsahujú izolované ióny, ktoré vzniknú spojením niekoľkých tetraedrických [SiO4] jednotiek. Najjednoduchším prípadom je spojenie dvoch [SiO4] jednotiek za vzniku pyrosilikátového aniónu [Si2O7]6-, takýto anión nájdeme v hemimorfite Zn4[Si2O7](OH)2 . H2O.

Obr. 3 Pyrosilikátový anión

V prípade spojenia 3 alebo viacerých jednotiek [SiO4] môžu vzniknúť aj izolované anióny cyklického tvaru, ktoré sa zaraďujú do svojej vlastnej skupiny s názvom cyklosilikáty. Z tejto skupiny by som vyzdvihol 2 známe minerály. Jeden z nich je benitoit BaTiSi3O9, v ktorom sa nachádza anión zloženia [Si3O9]6- (spojenie 3 [SiO4] jednotiek), druhým minerálom je skoryl (čierna odroda turmalínu), čo som tiež našiel v Čučme. Skoryl obsahuje anión zloženia [Si6O18]12- s tvarom pripomínajúca hviezdu. Jej štruktúru je veľmi dobre vidieť na obrázku č. 4 označené žltou farbou.

Obr. 4 Vzorka benitoitu a jej kryštálová štruktúra (horná časť) a vzorka skorylu z Čučmy a jej kryštálová štruktúra (dolná časť)

Inosilikáty

V inosilikátoch jednotky [SiO4] sa spájajú do dlhých lineárnych reťazcov, ktoré môžu byť buď jednoduché alebo zdvojené. Minerály s obsahom jednoduchých reťazcov majú skupinový názov pyroxény, príkladom je enstatit MgSiO3. Amfiboly sú inosilikáty s obsahom zdvojeného reťazca, predstaviteľom tejto skupiny je aktinolit Ca2(Mg,Fe)5[Si8O22](OH)2 (môžete ho nájsť v Muránskej Dlhej Lúke).

Obr. 5 Ukážka reťazcov v pyroxénoch a v amfiboloch

Do skupiny inosilikátov sa zaraďuje aj rodonit CaMn4[Si5O15] (hlavný minerál z Čiernej bane), ktorý obsahuje jednoduché, päťčlánkové reťazce.

Obr. 6 Vzorka rodonitu z Čučmy (naľavo) a štruktúra kremičitanového reťazca v ňej (napravo)

Fylosilikáty

Fylosilikáty sú minerály s vrstevnatou štruktúrou. V tomto prípade každá [SiO4] jednotka sa spája s tromi ďalšími [SiO4] jednotkami cez atómy kyslíka, vďaka čomu vzniká kremičitanová vrstva. Keďže každá jednotka zapája len 3 atómy kyslíka, 4. ostane voľný a tie sa využijú nato, aby sa na túto vrstvu mohla napojiť iná vrstva, ktorá sa nazýva oktaedrická vrstva. Oktaedrická preto, lebo vo väčšine prípadov ide o vrstvu gibbsitu (Al(OH)3) alebo brucitu (Mg(OH)2), kde atómy hliníka/horčíka sú oktaedricky obklopené 6 atómami kyslíka.

Môže dôjsť k vzniku buď dvoj- alebo trojvrstiev. V prípade dvojitej vrstvy sa na jednu kremičitanovú vrstvu napojí jedna oktaedrická vrstva (je to ako v prípade chlebíčkov: na krajec chleba dáme salámu, syr alebo niečo iné podľa vlastného výberu. Krajec chleba predstavuje kremičitanovú vrstvu, kým saláma alebo syr oktaedrickú). Príkladom je chryzotil Mg3(OH)4[Si2O5] (dvojvrstva = kremičitanová vrstva + vrstva brucitu), ktorý sa dá zbierať v lome Teliatko v Dobšinej.

Obr. 7 Vzorka chryzotilu z lomu Teliatko (Dobšiná) a jeho kryštálová štruktúra

V prípade trojitej vrstvy máme na oktaedrickú vrstvu napojenú zhora a aj zdola kremičitanovú (v tomto prípade to pripomína sendvič – znova saláma a syr predstavuje oktaedrickú vrstvu, ktorá je uväznená medzi dvoma krajcami chleba, čiže medzi kremičitanovými vrstvami). Príklad: mastenec Mg3(OH)2[Si4O10](tiež ho môžete nájsť v Muránskej Dlhej Lúke, trojvrstva = 2 kremičitanové vrstvy + vrstva brucitu).

Obr. 8 Štruktúra trojitej vrstvy v mastenci

Ak v kremičitanovej vrstve nahradíme niektoré atómy kremíka atómami hliníka, dostaneme sa k skupine hlinitokremičitanov s názvom sľudy. Na rozdiel od kremičitanovej vrstvy (ktorá je nábojovo neutrálna), táto vrstva je záporne nabitá v dôsledku prebytku záporných nábojov. Každá látka musí byť navonok elektricky neutrálna, preto v tomto prípade záporný náboj je eliminovaný kladne nabitými časticami (katiónmi), ktoré sa vsunú medzi jednotlivé dvoj- alebo trojvrstvy. Výborným príkladom na to je muskovit KAl2[(OH, F)2AlSi3O10].

Obr. 9 Vzorka muskovitu z Čučmy (naľavo) a jeho kryštálová štruktúra (napravo)

Tektosilikáty

Pri tektosilikátoch každá [SiO4] jednotka sa spája s 4 ďalšími jednotkami, čím vzniká trojrozmerná štruktúra v priestore s dutinami. Aj v tomto prípade môže dôjsť k výmene niektorých atómov kremíka na hliník za vzniku hlinitokremičitanov. V dutinách môžu byť uveznené kladne, ale aj záporne nabité častice. Táto skupina sa delí na 3 podskupiny:

Živce – v týchto štruktúrach sú dutiny malé s obsahom katiónov

Foidy

Zeolity – veľmi zaujímavá skupina minerálov, budem o nich písať podrobnejšie v budúcnosti

Zdroje:

Obr. 1: https://www.chemtube3d.com/sio44/

Obr. 2: https://home.hiroshima-u.ac.jp/kawazoe/html/Kawazoe03-Crystal-EN.html 

https://www.researchgate.net/figure/The-6-M-4-T-2-10-2-sheet-in-the-crystal-structure-of-a-spessartine-b_fig4_279657483  

Obr. 3: https://en.wikipedia.org/wiki/Pyrosilicate

Obr. 4: https://geology.com/gemstones/benitoite/ 

 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Schorl_structure.png   

 http://www.geologyin.com/2018/03/benitoite-rarest-gemstone-found-only-in.html

Obr. 5 http://www.geo.umass.edu/courses/geo311/pyroxenes.pdf

Obr. 6 https://en.wikipedia.org/wiki/Silicate_mineral#/media/File:Rhodonite-chain.png 

Obr. 7 https://www.123rf.com/photo_40236099_chrysotile-asbestos-crystal-structure-atoms-shown-as-combination-of-sphere-and-polyhedral-representa.html

Obr. 8 https://www.researchgate.net/figure/Crystal-structure-of-talc-ore-Camara-2003_fig1_321584398

Obr. 9 http://www.thisoldearth.net/Mineral_cleavage.cfm