Silicates et aluminosilicates

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Jeannine Monette
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Silicates et aluminosilicates C est la majeure partie des roches de l écorce terrestre et de leurs produits de

(12.6% quartz) Carbonates : 1.7% Phosphates : 0.7% Chlorures et fluorures : 0.5% Sulfures et sulfates : 0.

] 4- avec mise en commun d un ou plusieurs atomes d oxygène par les sommets (liaison Si-O à caractère covalent très marqué)

1 Silicates et aluminosilicates C est la majeure partie des roches de l écorce terrestre et de leurs produits de transformation (sables,argiles ) Abondance des minéraux dans la nature Silicates : 79% (argiles, feldspath ) Oxydes : 17% (12.6% quartz) Carbonates : 1.7% Phosphates : 0.7% Chlorures et fluorures : 0.5% Sulfures et sulfates : 0.4% Classification basée sur la structure et non sur la composition Structure : basée sur la connexion des tétraèdres [SiO 4 ] 4- avec mise en commun d un ou plusieurs atomes d oxygène par les sommets (liaison Si-O à caractère covalent très marqué) Substitutions possibles : 1.32Å O 2- / F Å [6] 0.78Å Mg 2+ / Li + [4] 0.39 Si IV / Al Å [4], [6] [6] [8] 0.98Å Na + / Ca Å [8] K Å

2 Classification structurale des Silicates En fonction du mode de connexion des tétraèdres dimensionnalité du réseau de tétraèdres :, 1D, 2D, 3D 1D 1D 2D

3 Les silicates Classification en fonction du mode de connexion des tétraèdres [SiO 4 ] 4- basée sur le nombre d oxygènes mis en commun et donc le rapport O/Si Unité isolée [SiO 4 ] 4- : Les orthosilicates ou nésosilicates O/Si =4 Forsterite Mg 2 SiO 4 - Olivine (Mg,Fe) 2 SiO 4 autre ex : grenat Fe 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 [8] [6] [4]

4 1 atome d oxygène communs à 2 tétraèdres Dimères [Si 2 O 7 ] 6- : Les sorosilicates O/Si =3.5 Thorveitite Sc 2 Si 2 O 7 Hemimorphite Zn 4 Si 2 O 7 (OH) 2 (H 2 O) Dimère = entité de 2 tétraèdres

pyroxènes 1D O/Si =3 Cycle à 6 tétraèdres [Si 6 O 18 ] 12- Beryl Be 3 Al 2 Si 6 O 18

5 2 atomes d oxygène communs à 2 tétraèdres Unité isolée à 3,4 ou 6 tétraèdres : Les cyclosilicates O/Si =3 Simples chaînes [SiO 3 2- ] n : Les inosilicates famille des pyroxènes 1D O/Si =3 Cycle à 6 tétraèdres [Si 6 O 18 ] 12- Beryl Be 3 Al 2 Si 6 O 18 Diopside CaMgSi 2 O 6 Cycle à 3 tétraèdres [Si 3 O 9 ] 6- autre ex : Enstatite Mg(SiO 3 )

6 3 oxygènes communs à 2 tétraèdres Double chaînes [Si 4 O 6-11 ] n Les inosilicates Famille des amphiboles O/Si =2.75 1D - structure fibreuse - famille dont fait partie l amiante Ex: crocidolite Na 2 Fe III 2Fe II 3[Si 8 O 22 (OH) 2 ] appelé amiante bleu chrysotile Mg 6 (OH) 6 (Si 4 O 11 ) Tremolite Ca 2 Mg 5 Si 8 O 22 (OH) 2 crocidolite chrysotile

3 atomes d oxygènes communs à 3 tétraèdres Feuillets ou Plans infinis [Si 4 O 10 4- ]

5 Structure en feuillets : empilement de couches tétraédriques (T) où les tétraèdres

octaèdres (O). La connexion des couches T et O forme des feuillets.

7 3 atomes d oxygènes communs à 3 tétraèdres Feuillets ou Plans infinis [Si 4 O ] n : Les phyllosilicates 2D O/Si =2.5 Structure en feuillets : empilement de couches tétraédriques (T) où les tétraèdres partagent 3 sommets sur 4, le 4 ième sommet (oxygène apical) participe à une couche d octaèdres (O). La connexion des couches T et O forme des feuillets. L aluminium Al 3+ peut se substituer au silicium Si 4+ dans les tétraèdres, la charge négative du groupement augmente alors. Talc Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2

Selon le type de feuillet, les phyllosilicates sont classés en 3 familles : - Phyllosilicates TO ou 1 : 1 :

Kaolinite Al 2 (OH) 4 Si 2 O 5 Industrie du papier, fabrication des porcelaines, traitement de troubles

De nombreux minéraux de cette famille sont les principaux constituants des argiles; épaisseur d un feuillet

8 Selon le type de feuillet, les phyllosilicates sont classés en 3 familles : - Phyllosilicates TO ou 1 : 1 : groupe de la kaolinite-serpentine ; épaisseur d un feuillet ~7 Å Serpentine Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 Mg 2+ [6] Kaolinite Al 2 (OH) 4 Si 2 O 5 Industrie du papier, fabrication des porcelaines, traitement de troubles digestifs - Phyllosilicates TOT ou 2 : 1 : groupe du talc, des micas, des smectites. De nombreux minéraux de cette famille sont les principaux constituants des argiles; épaisseur d un feuillet ~10Å Talc Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 applications : lubrifiant dans l industrie pharmaceutique, antiagglomérant dans l industrie agro-alimentaire.

Un des micas le plus fréquent est la muscovite (mica blanc) KAl 2 [AlSi 3

chaleur (anti-feu) TOT ou 2 : 1 Les smectites ou montmorillonites, très

le sol ou des rochers, dans les boues de forage pour donner à l'eau une

charge dans le papier et le caoutchouc, utilisé comme base pour les

9 Un des micas le plus fréquent est la muscovite (mica blanc) KAl 2 [AlSi 3 O 10 (OH,F) 2 ] propriétés d'isolant électrique et de résistance à la chaleur (anti-feu) TOT ou 2 : 1 Les smectites ou montmorillonites, très souvent calciques Utilisation pour ralentir la progression de l'eau dans le sol ou des rochers, dans les boues de forage pour donner à l'eau une plus grande viscosité, pour produire des nanocomposites, utilisé comme charge dans le papier et le caoutchouc, utilisé comme base pour les cosmétiques et les médicaments. (Na, Ca) 0,3 (Al, Mg) 2 Si 4 O 10 (OH) 2 nh 2 O TOT ou 2 : 1

3+,Si 4+ Structures tridimensionnelles [SiO 2 4- ] n Les tectosilicates polymérisation maximale 4 atomes

10 - Phyllosilicates TOT:O ou 2 : 1 : 1 : feuillet formé de 3 couches TOT et une couche isolée O; groupe des chlorites; épaisseur d un feuillet ~14Å Ex : cookeite LiAl 4 (Si 3 Al)O 10 (OH) 8 Li +,Al 3+ Si 4+,Al 3+,Si 4+ Structures tridimensionnelles [SiO 2 4- ] n Les tectosilicates polymérisation maximale 4 atomes d oxygènes communs à 4 tétraèdres 3D O/Si = 2 - SiO C C C quartz tridymite cristobalite liquide

11 SiO 2 variété cristobalite (cubique) - Les Zeolithes M x [(AlO 2 ) x (SiO 2 ) y ] m H 2 O - aluminosilicates hydratés - réseau 3D de tétraèdres Matériaux microporeux

Quelques exemples Stilbite NaCa 4 Al 8 Si 28 O

desorption d eau - échange d ions - catalyseurs

12 Quelques exemples Stilbite NaCa 4 Al 8 Si 28 O 72 30(H 2 O) Natrolite Na 2 Al 2 Si 3 O 10 2H 2 O Nombreuses applications des zéolithes naturelles : - adsorption de gaz - adsorption, desorption d eau - échange d ions - catalyseurs Mordenite (Na 2,Ca,K 2 ) 4 (H 2 O) 28 (Al 8 Si 40 O 96 )

13 Classification structurale des Silicates Unité isolée [SiO 4 ] 4- : Les orthosilicates ou nésosilicates O/Si =4 Dimères [Si 2 O 7 ] 6- : Les sorosilicates Unité isolée à 3,4 ou 6 tétraèdres : Les cyclosilicates O/Si =3.5 O/Si =3 Simples chaînes [SiO 3 2- ] n : Les inosilicates famille des pyroxènes O/Si =3 1D Double chaînes [Si 4 O ] n : Les inosilicates famille des amphiboles O/Si =2.75 1D Feuillets ou Plans infinis [Si 4 O ] n : Les phyllosilicates O/Si =2.5 2D Structures tridimensionnelles [SiO 2 4- ] n Les tectosilicates O/Si = 2 3D

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