silicates (suite)

On classe dans les nésosubsilicates des composés dont certains des atomes d’oxygène n’appartiennent pas aux tétraèdres SiO₄. C’est le cas de la sillimanite, de l’andalousite, du disthène, de la mullite, de formule Al₂SiO₅, qui sont des produits importants des industries céramiques. Citons aussi la topaze Al₂SiO₄F₂, qui fournit des pierres de joaillerie, la staurotide, que l’on trouve bien cristallisée dans les roches métamorphiques, dont la formule est (Mg,Fe)₂Al₉O₆(SiO₄)₄(O,OH)₂, et le sphène CaTiSiO₅.

Les sorosilicates

Les tétraèdres SiO₄ s’associent pour former, dans le milieu cristallin, des groupes finis, de sorte que certains des atomes d’oxygène soient des sommets communs à deux tétraèdres. Le groupe le plus simple, avec deux tétraèdres, a pour formule Si₂O₇. Citons le silicate de scandium (thorveitite) Sc₂Si₂O₇, l’important minerai de zinc qu’est l’hémimorphite, ou calamine Zn₄Si₂O₇(OH)₂ . H₂O, les minéraux du groupe de l’épidote, dont certains (allanite) sont riches en terres rares et en éléments radioactifs. Dans un grand nombre de silicates qui forment la famille des cyclosilicates, les tétraèdres s’associent par deux sommets oxygène pour former des anneaux. Chacun des anneaux, avec n tétraèdres, constitue un anion de formule Si_nO_3n de charge – 2n. Le plus petit, de trois tétraèdres, caractérise la bénitoïte BaTiSi₃O₉, la catapléite Na₂ZrSi₃O₉ . H₂O. L’anneau de quatre tétraèdres se trouve dans la neptunite Na₂FeTiSi₄O₁₂ et l’axinite (Ca,Mn,Fe)Al₂(BO₃)(Si₄O₁₂)(OH).

L’anneau avec des formes différentes, se manifeste dans des groupes importants de silicates. Citons le béryl Be₃Al₂Si₆O₁₈ (fig. 1), que l’on trouve en énormes cristaux dans les pegmatites des granites, qui est le minerai du béryllium et de la glucine BeO, et dont la variété verte transparente (coloration due à la présence du chrome) est l’émeraude, l’une des pierres les plus précieuses. Citons aussi les tourmalines — minéraux accessoires des granites, riches en bore, qui, avec les mêmes caractères cristallographiques, ont des aspects et des colorations différents, car leur composition chimique complexe est très variable — et la dioptase Cu₆Si₆O₁₈ . 6H₂O, d’une belle couleur verte.

Les inosilicates, ou silicates en chaînes

Ils sont caractérisés par une liaison des tétraèdres pour former des chaînes linéaires infinies à l’échelle atomique. Il en résulte fréquemment une texture fibreuse. La composition chimique et la structure en chaîne se mettent en évidence dans une formule chimique qui est celle du maillon de la chaîne. Une classe de composés particulièrement importants est celle des pyroxènes, qui sont des silicates de magnésium, de fer, de calcium, qui peuvent être les constituants essentiels de certaines roches éruptives. Elle se caractérise par une chaîne simple (fig. 2) de maillon Si₂O₆ et dont la période a pour valeur deux fois le diamètre de l’ion oxygène, soit 5,2 Å. Bien que la composition chimique des nombreux silicates de cette famille soit très variable, leur parenté structurale apparaît dans les formes des cristaux, les spectres de rayons X, les mêmes clivages faisant un angle de 93°. Les principaux sont l’enstatite Mg₂Si₂O₆ et les solutions solides (Mg,Fe)₂ Si₂O₆, qui sont orthorhombiques, tandis que les suivants sont monocliniques : le diopside CaMgSi₂O₆ ; le spodumène LiAlSi₂O₆, dont les variétés transparentes, l’hiddénite, verte, et la kunzite, rose violacé, sont des pierres précieuses ; la jadéite NaAlSi₂O₆, utilisée comme pierre d’ornement ; l’augite (Ca,Na)(Mg,Fe)(Si,Al)₂O₆. La chaîne peut se compliquer ; ainsi, le maillon de la rhodonite, pierre rouge servant à la fabrication d’objets d’ornement, comprend cinq tétraèdres, et sa composition est (MnSiO₃)₅.

Deux chaînes de pyroxènes s’associent pour constituer une chaîne double ou ruban, dont le maillon a pour formule Si₄O₁₁ (fig. 3). Cette chaîne caractérise les amphiboles, classe de nombreux silicates, dont le plus commun, la hornblende, est le constituant principal de certaines roches éruptives et métamorphiques. De compositions chimiques très variables, les différentes amphiboles présentent les mêmes caractères structuraux, avec les mêmes formes cristallines et les deux mêmes clivages, faisant un angle voisin de 55°. Citons la trémolite Ca₂Mg₅(Si₄O₁₁)₂(OH,F)₂, dont les variétés fibreuses constituent la matière première des industries de l’amiante.

Les phyllosilicates, ou silicates lamellaires

Ils présentent un clivage parfait, résultant d’une structure atomique lamellaire. Les plus importants, micas, chlorites, constituants des argiles, sont bâtis à partir d’un même feuillet élémentaire, qui résulte de l’association infinie de chaînes de pyroxènes Si₂O₆ suivant le processus qui conduit à la chaîne double des amphiboles Si₄O₁₁. Les tétraèdres SiO₄, avec leur base dans un même plan, pointent leur sommet du même côté (fig. 4) et forment un réseau plan d’anneaux hexagonaux défini par une maille plane rectangulaire centrée, dont les paramètres ont pour valeur a = 5,2 Å (celui des pyroxènes, des amphiboles, c’est-à-dire deux fois le diamètre de l’ion oxygène) et Les atomes d’oxygène, sommets des tétraèdres, s’arrangent dans un réseau d’hexagones, de côté aux centres desquels se logent soit des oxhydriles OH^–, soit des ions fluor F^–, de sorte que le feuillet élémentaire, que l’on désigne par couche tétraédrique (Linus Pauling), a pour motif l’anion Avec cette formule, la couche est dite tétrasilicique. Des atomes Al, tétracoordonnés, peuvent remplacer en partie les atomes Si ; et, si le motif comprend AlSi₃ ou Al₂Si₂, les couches tétraédriques sont dites trisiliciques ou disiliciques. Ces couches, de charge négative, sont liées par des feuillets de cations hexacoordonnés, le plus souvent Al³⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, pour constituer une couche dite octaédrique. À la maille rectangulaire a, b, il correspond six cavités octaédriques ; si elles sont toutes occupées (par Mg²⁺ ou Fe²⁺), la couche est trioctaédrique ; si les deux tiers seulement des cavités sont prises par des ions Al³⁺, la couche est dioctaédrique.

On peut répartir les phyllosilicates dans trois groupes structuraux.