Silicate

Eine vereinfachte schematische Formel von Silicaten ist:

${\displaystyle \mathrm {M_{n}\left[\left(Si_{x}O_{y}\right)^{4x-2y}\right]} }$.

An die Stelle der Sauerstoff-Siliciumkomplexe können Hydroxid- oder Fluoridionen treten. Die Position von „M“ wird von einem oder mehreren Metallionen bis zum Ladungsausgleich besetzt. In das Gitter von besonders weitmaschigen Silicaten kann auch Wasser eingelagert werden. Wenn in einem bestimmten Mineral tatsächlich einige der Si_xO_y-Komplexe durch Ionen wie Fluorid (F⁻) oder Hydroxid (OH⁻) ersetzt werden, so deutet man das durch senkrechte Trennstriche (oft auch Schrägstriche) im letzten Term der Formel an, zum Beispiel

${\displaystyle \mathrm {Al_{2}\left[Si_{2}O_{5}|(OH)_{4}\right]} }$, Kaolinit.

Eingelagertes Wasser wird folgendermaßen notiert:

${\displaystyle \mathrm {Na[AlSi_{2}O_{6}]\cdot H_{2}O} }$, Analcim.

Inselsilicat

Bei den Inselsilicaten liegen isolierte SiO₄-Tetraeder vor. Vertreter:

• Olivin: ${\displaystyle \mathrm {(Mg,Fe)_{2}[SiO_{4}]} }$
• Zirkon: ${\displaystyle \mathrm {Zr[SiO_{4}]} }$.

Gruppensilicat

Je zwei SiO₄-Komplexe sind über ein Sauerstoffatom zu Doppeltetraedern verbunden, wobei dieser so genannte Brückensauerstoff jedem SiO₄-Tetraeder zur Hälfte angehört. Das Si:O-Verhältnis in Gruppensilikaten ist damit 2:7. Diese Struktur kommt weniger häufig vor, ein Beispiel ist das Mineral Gehlenit (Ca₂Al[(Si,Al)₂O₇]).

In Ringsilicaten sind die SiO₄-Tetraeder zu isolierten Dreier-, Vierer- und Sechserringen gruppiert. Jedes Siliciumion teilt sich je zwei Sauerstoffionen mit zwei benachbarten Tetraedern, dies ergibt ein Si:O-Verhältnis in Ringsilicaten von 1:3. Es ergeben sich die folgenden Formeln für die Ringstrukturen:

• [Si₃O₉]⁶⁻
• [Si₄O₁₂]⁸⁻
• [Si₆O₁₈]¹²⁻.

Beryll (Al₂Be₃[Si₆O₁₈]) und die Minerale der Turmalingruppe gehören zu den Ringsilicaten.

Kettensilicat

Bandsilicat

Zu den Kettensilicaten gehören zwei wichtige Gruppen von gesteinsbildenden Mineralen: Pyroxene und Amphibole. Die Pyroxene bilden eindimensionale Einfachketten, dabei gehören je zwei der Sauerstoffionen gleichzeitig zwei Tetraederkomplexen an, woraus sich ein Si:O-Verhältnis von 1:3 ergibt, wie bei Diopsid (CaMg[Si₂O₆]).

Amphibole bilden eindimensionale Bänder. Dabei sind zwei Ketten seitlich über Brückensauerstoffe verbunden. Gegenüber den Ketten hat zusätzlich jeder zweite Tetraeder jeder Kette mit seinem jeweiligen Nachbarn ein Sauerstoffion gemeinsam. Das Si:O-Verhältnis bei Bandsilicaten beträgt 4:11. In solchen silicatischen Bändern sind Hohlräume vorhanden, in die (OH)⁻- und F⁻-Ionen eintreten können. In der chemischen Summenformel wird das durch einen vertikalen Strich zum Ausdruck gebracht. Ein Mineral aus der Gruppe der Amphibole ist Aktinolith (Ca₂(Mg,Fe)₅[(OH)₂|Si₈O₂₂]).

Schichtsilicat

Bei höherem Polymerisationsgrad bilden sich statt Kettenstrukturen Schichtstrukturen aus SiO₄-Tetraedern. Innerhalb einer Schicht teilt sich dabei jedes Siliciumatom drei seiner Sauerstoffionen mit seinen Nachbarn. Das Si:O-Verhältnis der Schichtsilicate beträgt 2:5. Die Schichtsilicate werden unterteilt in Zwei- und Dreischichtsilicate. Eine weitere Unterteilung berücksichtigt die Struktur und die Ionen, die sich zwischen zwei Tetraederschichten befinden. Der Hohlraum zwischen zwei Schichten kann mit (-OH), (-O⁻Me⁺) besetzt sein und die Schichten mit Dipol-Dipol-Kräften oder Ionenbindungen verknüpfen.

Zu den Schichtsilicaten gehören Mineralgruppen wie Glimmer, Talk, Serpentin und Tonminerale wie Vermiculit, Beispiele sind Muskovit (ein Dreischichtsilicat) (KAl₂[(OH)₂|AlSi₃O₁₀]) und Kaolinit (ein Zweischichtsilicat) (Al₄[(OH)₈|Si₄O₁₀]).

Synthetische Schichtsilicate, wie SKS-6 (Na₂Si₂O₅) werden in Waschmitteln verwendet.[3] SKS-6 Schichtsilicate zeigen Eigenschaften wie Natrium-Zeolithe. Die schichtverknüpfenden, hydratisierten Natriumionen sind in Suspensionen selektiv austauschbar, beispielsweise gegen Calciumionen, und eignen sich somit zur Wasserenthärtung als Ionentauscher und zeigen gute Eigenschaften als Waschalkalie.

β-Quarz

Bei Gerüstsilicaten gehört jedes Sauerstoffion gleichzeitig zwei benachbarten Tetraedern an (jeder Tetraeder ist über seine Ecken mit Nachbartetraedern verknüpft). Dadurch entstehen dreidimensionale Netzwerkstrukturen. Es ergibt sich die chemische Summenformel SiO₂. Stellvertretend für Siliciumdioxid-Verbindungen sei der hier dargestellte Quarz in der Modifikation β-Quarz genannt. Für weitere Gerüstsilicate muss Silicium durch Aluminium ersetzt werden. Der Ladungsausgleich erfolgt durch Einlagerung von Kationen. Zu den Gerüstsilicaten gehören die Feldspäte und Feldspatvertreter, eine wegen ihrer Häufigkeit außerordentlich wichtige Gruppe von Mineralen. Beispiele sind Minerale aus der Mischreihe der Plagioklase (Albit – Anorthit): (NaAlSi₃O₈ – CaAl₂Si₂O₈).

In das weitmaschige Gitternetz einiger Feldspatvertreter können sogar große Moleküle wie H₂O eingebaut werden. Bei hoher Temperatur entweicht das Wasser, wird jedoch bei niedriger Temperatur in mit Wasserdampf gesättigter Umgebung wieder ins Kristallgitter eingebaut. Diese wasserhaltigen Minerale gehören zur Gruppe der Zeolithe (z. B. Natrolith (Na₂[Al₂Si₃O₁₀]·nH₂O)).

Amorphes Silicat ohne Fernordnung

Opal ist amorphes Siliciumdioxid mit eingelagertem Wasser (SiO₂ · n H₂O). Er wird wie Quarz von einigen Autoren zu den Oxidmineralen gestellt. Die hochstrukturierten Schalen von Kieselalgen (Diatomee) und von Strahlentierchen (Radiolaria) sind aus amorphem Siliciumdioxid (SiO₂) aufgebaut.

Diese Einteilung beruht hauptsächlich auf der chemischen Zusammensetzung des Silicats und seiner Kristallmorphologie.

• Die Inselsilicate Granat, Olivin, Topas und Zirkon werden in reiner Qualität als Schmucksteine verkauft.
• Die Quarzvarietäten Amethyst, Aventurin-Quarz, Chalcedon, Citrin, Moosachat sind beliebte Schmucksteine.
• Die Feldspäte Amazonit, Aventurin-Feldspat, Labradorit und der Feldspatvertreter Sodalith werden als Schmucksteine verwendet.
• Die Edelsteine Smaragd und Aquamarin sind eine Varietät von Beryll.

• in Silikatglas (Bauglas)
  • in Borosilikatglas (Laborglas), auch als Material für Küchengeschirr aus Glas (Duran, Jenaer Glas, Pyrex) oder als Displayabdeckung für technische Geräte (Willow Glass)
  • in Aluminosilikatglas (siehe Alumosilicate) als Glas mit hoher Feuerbeständigkeit (nach DIN EN 1059)[5] und als kratzbeständige Displayabdeckung für technische Geräte (Gorilla Glass)
  • in Bleiglas
• in undotierten und dotierten Siliciumdoxidschichten, hier oft als Silicatglas bezeichnet, z. B. Borphosphorsilicatglas, einem mit je 3 bis 5 % Bor und Phosphor dotiertem Silicatglas, das in der Halbleitertechnik unter anderem zur Planarisierung der Oberfläche eingesetzt wird
• in der Waschmittelindustrie
• als hochabsorbe, geruchsneutralisierende Katzenstreu
• als Brandschutzbauplatten
• in Farben