خصائص معدن السيليكات الحلقية هي سلاسل مثل الآينوسيليكات،حيث أن السلاسل تتصل بنفسها مكونة حلقات، ونسبة الأوكسجين إلى السيليكون فيها هي عموماً نفس التي عند عدد الآينوسيليكات (1:3) من أمثلة هذه المجموعة الأوسيومايت والبيرل لنتعرف أكثر على خصائص معدن السيليكات الحلقية تعالوا معي في هذه الجولة العلمية في عالم المعادن…
تعريف السيليكيات الحلقية
السيليكات هي مركبات كيميائية تدخل في تركيبها أيونات عنصري الأوكسجين والسيليكون، وهي أكبر أصناف المعادن وأكثرها تعقيدا” وغنى في قشرة الأرض على الإطلاق. فيقدر الجيولوجيون بنسبة 30% من بين جميع أنواع المعادن هي السيليكات. وإن معظم سطح القشرة الأرضية مؤلف من السيليكات، وبهذا فإن عنصرا الأوكسجين والسيليكون هما أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية.
السيليكات هي مجموعة من المعادن تشكل أكبر وأهم فئة من المعادن تأتي على شكل صخور حيث تشكل حوالي 96% من مكونات القشرة الأرضية وتصنف على أساس السيليكات التي تحتوي جميعها على الأوكسجين والسيليكون.
تتكون غالبية السيليكات من الصهارة البركانية، وتتحول هذه الصهارة إلى السيليكيات عندما تطلع إلى السطح وتبرد.
يحدد نوع المعدن من خلال عاملان رئيسيان هما تركيبها الكيميائي وطريقة تبلورها.
يتبلور معدن السيليكيات في درجات حرارة عالية بينما على عكسه يتبلور معدن الكوارتز في درجات حرارة أقل
بكثير ، هذه الفروقات هي التي تحدد نوع المعدن التي تتحول إليها الصهارة.
التركيب الكميائي لمعدن السيليكات
لكل معدن من السيليكات تركيب كيميائي وبنية بلورية يميزان الظروف التي تكون فيها.
إذا تطلعنا في التركيبة الكيميائية للقشرة الأرضية نلاحظ أنه بين كل100 ذرة في القشرة هناك 50 ذرة أوكسجين و 25 ذرة سيليكون و8 ذرات ألمنيوم، أما الحديد والكالسيوم والمغنيسيوم والصوديوم والبوتاسيوم فيوجد من كل منها ذرتان أو أكثر وإذا استثنينا التيتانوم فإننا نلاحظ أن جميع العناصر الأخرى ليس لها قيمة من ناحية الحجم الذي تشغله لبناء القشرة الأرضية، ولما كان إهتمامنا بالمعادن وطبيعتها أساسه البناء الذري وليس كمية العناصر بالوزن الداخلة في تركيبها، فإنه من الطبيعي أن تنظر إلى مكونات القشرة الأرضية بالنسبة إلى الفراغ الذي تتشغلها بدلاً من النسبة
المئوية بالوزن لكمياتها. فإذا نظرنا إلى القشرة الأرضية فإنها تبدو لنا في هيئة هيكل تشغله أيونات الأوكسجين
مرتبطة بأيونات السيلكون والألومينيوم الصغيرة الحجم ولكن ذات الشحنة العالية،أما البينة في هذا الهيكل المستمر من الأكسجين والسيليكون والألومينيوم فإنها تشغل بأيونات المغنيسيوم والحديد والكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم في
حالات تناسق تتناسب مع نصف قطر أيون كل منها.
وجود معدن السيليكات الحلقية
يتبين لنا أن المعادن الغالية في تركيب القشرة الأرضية هي السيليكات والأكاسيد والتي تتوقف خواصها المختلفة على
الظروف الكيميائية والفيزيائية لنشأتها.ومن بين هذه المجموعات المختلفة للمعادن السيلكاتية التي تميز الصخور النارية والرسوبية والمتحولة وعروق الخامات وصخور البجماتيت والصخور المتحولة والتربة، حيث أن لكل مجموعة صفات بيئية خاصة بها، إذا شبهنا الصخور على أنها صفحات الكتاب الكبير الذي سجل فيه التاريخ الجيولوحي فإن المعادن هي الحروف التي طلعت بها صفحات هذا الكتاب، حيث أنه كلما فهمنا هذه الحروف كلما سهل علينا قراءة هذا السجل.
ما هو الدافع لقراءة المعادن السليكاتية؟
الدافع الذي يحدو بنا لقراءة هذه المعادن السليكاتية هو أن التربة الزراعية التي نستمد منها غذائنا يتكون معظمها من
معادن سليكاتية، كذلك مواد البناء والأسمنت والزجاج إما أن تتكون من معادن سيليكاتية أو مستمدة من معادن سيليكاتية. تمدنا معادن السيليكيات بالخامات اللازمة لصناعة الخزف، كما تسهم بنصيب وفير في حضارتنا ونظام معيشتنا.
كيف تعمل النسب في السليكيات
إن النسبة بين نصف قطر أيون السليكون إلى نصف قطر ايون الأكسجين تساوي :
(A1. 32) (A42) =(0. 38)
وتدل هذه النسبة على أن التناسق الرباعي يمثل الحالة المستقرة لمجموعات السليكون والأكسجين.
إن الوحدة الأساسية في تكوين بناء جميع المعادن السليكاتية تتكون من أربعة أيونات أكسجين عند أركان شكل رباعي
الأوجه، حيث تحيط بأيون السليكون الرباعي التكافؤ وتتناسق معه شكل (200_201) وهذا الرباط القوي الذي يربط بين أيونات السيليكون والاكسجين هو في الحقيقة اللحام أو الأسمنت الذي يمسك بمادة القشرة الأرضية فلم تسقط كسفا او ترابا”.
بالرغم من المشاركة بين الإلكترونيات الموجودة في رباط الأكسجين – سيليكون إلا أن الطاقة الرابطة لأيون السليكون في مجموعها لا تزال موزعة بالتساوي بين جيرانه الأربعة : أيونات الأكسجين وعلى ذلك فإن قدرة أي
رباط أوكسجين – سيليكون بمفرده تساوي نصف مجموعة المنطقة الرابطة الموجودة في أيون الأكسجين ونتيجة لذلك يكون لكل أيون أكسجين النقدرة على الإرتباط بأيون سيلكون آخر، والدخول في مجموعة أخرى رباعية الأوجه أي
ترتبط مجموعتنا برباعية الأوجه عن طريق أيون الأوكسجين المشترك بينهما وهذه المشاركة قد تتم عن طريق أيون أكسجين واحد من أيونات رباعي الأوجه الأربعة، أوأيونيين أو ثلاثة أيونات، أو جميع الأيونات الأربعة، مما يؤدي إلى تكوين أنواع متباينة من البناءات الذرية السليكياتية.
أنواع الأرتباط الكيميائي لمعد السيليكات الحلقية
يمكننا أن نطلق على إرتباط المجموعات الرباعية الأوجه عن طريق المشاركة فيذرات الأوكسجين إسم بالمرة أو
Polymerization مستعيرين هذا اللفظ من الكيمياء العضوية هذه البلمرة هي السبب في تنوع البنيات السليكياتية. حيث ان هناك علاقة بسيطة ولكنها في غاية الأهمية بين ظروف نشأة المعادن السليكاتية ودرجة البلمرة. هذه العلاقة هي عندما تكون جميع العوالم الأخرة واحدة حيث أن كلما إرتفعت درجة حرارة التكوين إنخفضت البلمرة، والعكس صحيح. تتأثر هذه العلاقة بالعوامل الخارجية منها الضغط ودرجة التركيز الكيميائية.
أيدت التجارب العلمية التي قام بها الأستاذ بووين وزملائه بالمعمل الجيوفيزيائية بواشنطن عن التتابع في تكوين
المعادن السليكياتية لإنخفاض درجة الحرارة، على سبيل المثال في بداية عملية التبلور يتكون الأوليفين المتبلور عند
درجات حرارة عالية، وفي نهاية عملية التبلور يتكون الأرثوكليز والكوارتز المتبلمران تبلورا كاملاً عند درجات حرارة منخفضة.
أنواع السيليكات الحلقية
السيليكات أنواع هائلة ومتعددة فقذ قسمها العلماء بناء على بنيتها الذرية المعقدة، حيث أن المكون الرئيسي السيليكات
هو صيغة رباعي السطوح (ذرة سيليكون وأربع ذرات أوكسجين) التي تشكل مع الجزيئات ما يسمى معادن السيليكيات. تملك هذه المجموعة صيغة أساسية للسيلكون والأوكسجين تصنف بناء عليها وإعتمادا عليها تقسم إلى هذه المجموعات:
- النيزوسيليكات : هو من أبسط مجموعات السيليكات فهي تشمل جميع السليكيات الرباعية السطوح أساسي بمعنى أنها غير مرتبطة بسطوح اخرى. كما انها تشبه مجموعة المعادن الأخرى مثل الكبريتات والفوسفات ومن امثلتها التوباز ومجموعة العقيق الأحمر.
- السوروسيليكات: هذه المجموعة تملك سيليكيات رباعية السطوح سيليكاتين متصلتين بأيون أوكسجين من أمثلة هذه المجموعة الإيبيدوت ووالهيميموفايت.
- الآينوسيليكات : تتألف من مجموعتين فرعيتين السيليكات “أحادية السلسلة” وهي تتشارك رباعيات السطوح ذرتا أوكسجين مع براعيني سطوح آخرين مشكلة سلسلة لا نهائية ظاهريا”. أما المجموعة الثانية فهي ” ثنائية السلسلة” فهي عبارة عن سلسلتين منفصلتين يقعان جنبا إلى جنب بحيث يتصلان معا بالأوكسجين ومن أمثلة هذه
المجموعة الرودوثايت والنبثونيت. - السيليكات الحلقية: هذه السيليكات تؤلف سلاسل مثل االآينوسيليكات ، لكنها تختلف عن تلك بأن السلاسل فيها
تتصل بنفس مكونة حلقات ونسبة الأوكسجين إلى السيليكون فيها هي نفس التي عند الآينوسيليكات اي (1.3) ومن أمثلة هذه المجموعة الأوسيومايت و البيرل. - الفيلوسيلكات: من خلال هذا النوع تتصل حلقات رباعية السطوح ببعضها عن طريق الأوكسجين ضمن سطح ثنائي الأبعاد مكونة بنية أشبه بالغطاء ومن أمثلة هذه المجموعة الأبوفيلايت والكافانسايت.
- التكتوسيليكات: حيث أن سيليكيات هذه المجموعة تتكون من رباعيات سطوح تتصل ببعضها داخلياً وتمتد إلى الخارج بجميع الإتجاهات مشكلة بنية معقدة ومن أمثلة هذه المجموعة الكوارتز والفلدسبار.
أعزائي القراء هنا تنتهي جولتنا الفيزيائية والكيميائية في عالم المعادن تحديداً معدن السيليكات الحلقية وخصائصه ، أتمنى أن ينال إعجابكم.