Структура кристаллических силикатов

Силикаты и алюмосиликаты – самые распространенные минералы в земной коре. Они составляют более трети всех минералов.

Большинство природных силикатов имеет сложный состав и, как правило, нерастворимо в воде. Это долгое время затрудняло установление их структуры. Поэтому в истории изучения силикатов можно отчетливо выделить 5 этапов.

Первый этап связан с чисто химическим изучением силикатов. В этот перид накапливались сведения об их составе. Эмпирические формулы силикатов записывались в виде оксидов в порядке возрастания заряда катиона. Например Na₂O·Al₂O₃·6SiO₂ – альбит, СaO·Al₂O₃·2SiO₂ – анортит.

В основу классификации силикатов было положено отношение числа атомов кислорода, связанных с кремнием, к числу атомов кислорода, связанных с другими катионами. По этой классификации силикаты делились на моно-, ди-, трисиликаты и т.д. Так СaO·Al₂O₃·2SiO₂ является моносиликатом, потому что число атомов кислорода, связанных с кремнием, равно числу атомов кислорода, связанных с кальцием и алюминием (4). По аналогичным расчетам лейцит К₂O·Al₂O₃·4SiO₂ является дисиликатом, а альбит Na₂O·Al₂O₃·6SiO₂ – трисиликатом. При этом близкие по природе вещества (полевые шпаты – альбит, ортоклаз, анортит) попадали в разные классы, а различные – в один класса.

Второй этап связан с представлением о силикатах, как о солях гипотетических поликремниевых кислот – метакремниевой Н₂SiO₃, ортокремниевой Н₄SiO₄ и ортодикремниевой Н₆Si₂O₇. Однако вопрос о строении силикатов и тут оставался нерешенным.

Третий этап в развитии силикатов тесно связан с именем выдающегося русского ученого В.И.Вернадского (1863-1945г), который в 1891 г. выдвинул идею об особой роли алюминия в силикатах, что облегчило расшифровку их структур.

На четвертом этапе изучения силикатов было связано с успехами стереохимии комплексных соединений. По аналогии с четырехвалентной платиной, которая в комплексных соединениях имеет координационное число 6, такое же координационное число приписывали и кремнию. Структурные формулы, построенные на этих принципах, в дальнейшем оказались неверными.

Современный (пятый) этап развития представлений о структурах силикатов тесно связан с успехами рентгеноструктурного анализа. Опираясь на правила образования ионных кристаллов, сформулированные Л.К. Полингом в 1929г., В.Л.Брегу и Ф.Махачки удалось расшифровать первые структуры силикатов. Оказалось, что силикаты не являются ионными кристаллами. Преимущественным типом связи в силикатах является ионно-ковалентная связь. В настоящее время расшифрованы строение и структура многих сложных силикатов. Особенно большая заслуга в этом принадлежит советской школе кристаллографии, основанной акад. Н.В.Беловым.