Силикаты: класс минералов и соединений¶

Силикаты — класс химических соединений, содержащих кремний и кислород в составе сложных анионов, а также обширная группа минералов, слагающих большую часть земной коры. В химии к силикатам относят соли кремниевых кислот, в минералогии — природные соединения с кремнекислородными тетраэдрами [SiO₄]⁴⁻ в основе кристаллической структуры. На долю силикатов приходится около 90 % массы земной коры и мантии, что делает их важнейшим классом породообразующих минералов.

¶Общая характеристика

Основу структуры силикатов составляет кремнекислородный тетраэдр — атом кремния, окружённый четырьмя атомами кислорода. Тетраэдры способны соединяться между собой через общие атомы кислорода, образуя цепочки, ленты, слои и каркасы. Именно характер сочленения тетраэдров определяет классификацию и многие физические свойства минералов.

Кремний — второй по распространённости элемент земной коры после кислорода (около 27 % по массе). В свободном виде в природе он не встречается, а входит в состав кислородных соединений — прежде всего силикатов и кварца.

¶Классификация

По способу соединения кремнекислородных тетраэдров выделяют несколько структурных типов:

Полевые шпаты — самый распространённый минерал земной коры (до 50 % её объёма). Каркасные силикаты образуют наиболее прочные структуры.

¶Происхождение и нахождение

Силикаты формируются преимущественно в магматических и метаморфических процессах. При кристаллизации магмы последовательность выделения минералов подчиняется правилу Боуэна: первыми образуются оливин и пироксены, затем амфиболы, слюды, полевые шпаты и кварц. При выветривании и гидротермальных процессах силикаты преобразуются в глинистые минералы — каолинит, монтмориллонит, гидрослюды.

В России крупные месторождения силикатного сырья расположены на Урале (изумруды, малахит, асбест), в Карелии (полевой шпат, слюда), в Забайкалье и на Кольском полуострове.

¶Применение

Силикаты имеют огромное практическое значение:

• Строительство. Портландцемент, силикатный кирпич, стекло, керамика, бетон — всё это продукты переработки силикатного сырья.
• Металлургия. Силикаты используются как флюсы и шлакообразующие материалы.
• Промышленность. Асбест (группа амфиболов и серпентинов) применялся как теплоизолятор; тальк — в парфюмерии и бумажной промышленности; слюда — как электроизолятор.
• Ювелирное дело. Изумруд, аквамарин, турмалин, топаз, гранат — драгоценные и полудрагоценные камни.
• Сельское хозяйство. Силикаты калия и натрия применяются как удобрения и мелиоранты почв.
• Стекловарение. Стекло — это аморфный силикатный материал на основе оксида кремния с добавками.

¶Силикатная промышленность в России

Россия располагает крупной сырьевой базой для силикатной промышленности. Действуют цементные заводы в Подмосковье, на Урале, в Поволжье и Сибири. Производство стекла сосредоточено в регионах с доступом к кварцевым пескам. Керамическая промышленность выпускает строительные и технические изделия, а также художественную керамику (гжель, скопин).

¶Биологическая роль

Кремний участвует в обмене веществ живых организмов. У растений он повышает прочность стеблей и устойчивость к болезням. Диатомовые водоросли строят панцири из кремнезёма. В организме человека кремний содержится в соединительной ткани, костях, волосах и ногтях; его дефицит связывают с нарушениями структуры костной ткани.

¶Интересные факты

• Кварц (SiO₂) — один из самых распространённых минералов, образует горный хрусталь, аметист, цитрин.
• Асбест, широко применявшийся в XX веке, впоследствии был признан канцерогенным и ограничен в использовании во многих странах.
• Глина — продукт выветривания силикатов — стала основой одной из древнейших технологий человечества: керамики.
• Слово «силикат» происходит от латинского silex — «кремень».

Источники: учебники по общей геологии и минералогии, справочники по неорганической химии, материалы по промышленности строительных материалов.