ESTRUTURA CRISTALINA DE SILICATOS
Elementos em ordem de abundância na crosta:
• Oxigênio - O-2
1,30 A
• Silício – Si+4
0,30 A
NC = 4
• Alumínio – Al+3
0,47 A
NC = 4 ou 6
A grande maioria dos outros cátions ocorre em coordenação octaédrica ou
mais elevada
• De cada 100 átomos na crosta terrestre, mais de 60 são de oxigênio,
acima de 20, de silício e de 6 a 7 de alumínio. Ferro, cálcio, magnésio,
sódio e potássio computam, cada um, dois átomos nessa crosta.
• Podemos assim imaginar a crosta: armação de íons de oxigênios
ligados a íons de silício e alumínio. Os interstícios dessa estrutura
estariam ocupados por íons de Mg, Fe, Ca, Na, K em estados de
coordenação adequados a seus raios individuais.
• Mais de 90% da crosta é constituída por silicatos.
Estrutura Básica dos silicatos
Arranjos atômicos de centenas de silicatos, que tem composições químicas
complexas  têm estruturas básicas relativamente simples e ordenada.
Silício
• Elemento tetravalente – Si+4
• Tem grande afinidade com o oxigênio
• Ligações Si-O é 51% iônica e 49% covalente
• Formação de tetraedros de (SiO4)-4, tanto nas estruturas cristalinas
quanto nos vidros.
Relação de raios entre Si e O
r Si
= 0,29
rO
 Coordenação tetraédrica  NC = 4 – (4 átomos de O ficam
arranjados ao redor de um átomo de silício)
FL =
carga 4
= =1
NC
4
O
Si
O
O
1Si+4  +4
4 O-2  -8
SiO4  -4 
O
Tetraedros de Sílica - (SiO4)-4
(SiO4)-4 – tetraedro silício-Oxigênio
1
1
1
1
Características da unidade fundamental dos silicatos
Cada íon de oxigênio tem, portanto, a potencialidade de ligar-se com
outro íon de silício e entrar em outro agrupamento tetraédrico, unindo,
assim, os grupos tetraédricos através do oxigênio compartilhado.
1
1
1
1
1
1
1
1
Esta participação pode envolver um, dois, três ou todos os quatro íons
de oxigênio no tetraedro, dando origem a uma diversidade de
configurações estruturais.
Tipos de silicatos (subdivididos de acordo com o arranjo dos tetraedros)
ORTOSSILICATOS
 Composto por um tetraedro, no qual nenhum oxigênio está compartilhado
com outro Si.
 São tetraedros independentes ligados por outro cátion que não seja o
silício.
 Razão O/Si = 4/1 = 4
1Si+4  +4
4 O-2  -8
SiO4  -4  (SiO4)-4
Neutralidade é satisfeita pela ligação dos oxigênios com cátions metálicos
Exemplos: minerais do tipo olivinas (forsterita Mg2SiO4, faialita Fe2SiO4, monticelita
CaMgSiO4) e os aluminosilicatos (cianita, andalusita, silimanita e
mulita)
Forsterita Mg2SiO4
• MgO – NC=6  FL= 2/3 = 1/3
• Oxigênio – ligado a 3 magnésios e 1 silício
Al2SiO5 - Al2O3.SiO2
PIROSSILICATOS
• Composto por 2 tetraedros que compartilham um único átomo de oxigênio.
• Razão O/Si = 7/2 = 3,5
2 Si+4  +8
7 O-2  -14
Si2O7  -6 
(Si2O7)-6
(SiO3,5)-3
Exemplo: melilita (Ca2MgSi2O7)
PIROXÊNIO OU METASSILICATOS
• Tetraedro compartilha 2 átomos de oxigênios
• Forma cadeias ou anéis
• Razão O/Si = 3/1 = 3
1 Si+4  +4
3 O-2  - 6
SiO3  - 2 
(SiO3)-2
Exemplo: enstatita MgSiO3 (cadeias de silicato); diopsídio MgCa(SiO3), wolastonita
CaSiO3, Be3Al2Si6O18 (esmeralda)
Tetraedros compartilhando 2 oxigênios, formando anéis fechados.
(Si6O18)12- - Be3Al2Si6O18 (6 tetraedros)
(Si3O9)6-
- wolastonita – CaSiO3 (3 tetraedros)
diopsídio MgCa(SiO3)
Tetraedros compartilhando 2 oxigênios, formando anéis fechados.
(Si6O18)12- - Be3Al2Si6O18 (6 tetraedros)
(Si3O9)6-
- wolastonita – CaSiO3 (3 tetraedros)
Os anéis (Si6O18) estão dispostos na
estrutura do berílio em folhas planas,
ligadas fortemente pelos pequenos íons de
Be2+ e Al3+ . O Be2+ está em coordenação 4
com o O2-, e o Al3+ está em coordenação 6.
Os anéis de (Si6O18) encontram-se
dispostos uns sobre os outros de tal
maneira que a região central forma orifícios
ou canais, paralelos ao eixo c, onde íons
OH-, F-, Li+, Cs+, Na+ e moléculas de água
podem se alojar.
ANFIBÓLIO
Tetraedros de sílica compartilham igualmente 2 ou 3 átomos de oxigênio para
formar uma camada dupla.
 Ligação de duas camadas de piroxênio com tetraedros alternados ligando as
cadeias.
 Razão O/Si = (5,5)/2 = 2,75
2Si+4  +8
51/2 O-2  -11
Si2O5,5  - 3  (Si2O5,5)3(Si4O11)-6
Exemplo: asbestos (geralmente fratura fibrosa)
(OH)2Ca2Mg5(Si4O11)2
Piroxênio
Anfibólio
Qualquer estrutura de silicato mais complexa que o piroxênio precisa conter íons
hidroxila para satisfazer as necessidades estruturais.
FOLHAS DE SILICATO (DISSILICATOS OU FILOSSILICATOS)
• Tetraedros de sílica que compartilham 3 átomos de oxigênio para formar uma rede
bidimensional contínua.
• Razão O/Si = 2,5/1 = 2,5
1Si+4  +4
2,5 O-2  - 5
SiO2,5  - 1  (SiO2,5)1(Si2O5)2-
Exemplo: talco, micas, argilominerais (caulinita (OH)4Al2Si2O5)
QUARTZO
Rede tridimensional composta de tetraedros de sílica que compartilham 4
átomos de oxigênio
 Razão O/Si = 2/1 = 2
1Si+4  +4
2 O-2  - 4
SiO2  0 
(SiO2)
Exemplo: quartzo, tridimita e cristobalita (formas polimórficas da sílica); feldspato
Cada uma das fases possui formas de alta e baixa temperatura – transformações
deslocativas.

Envolve apenas pequenos deslocamentos de átomos, mudando o ângulo entre
ligações Si-O-Si, mas sem rearranjos tetraédricos.
Estrutura da cristobalita –
Similar a da blenda de zinco, só que com átomos nas posições intersticiais.
Compartilham todos os vértices.
Estrutura da tridimita
 Estrutura monoclínica
Estrutura do Quartzo
 Quartzo de alta – hexagonal
Quartzo de baixa – trigonal
Estrutura da cristobalita de alta
Substituição Isomórfica
Estrutura é determinada pelo empacotamento dos ânions, e os cátions que associamse a cada grupo de ânions, dependem do seu tamanho comparado ao tamanho da
abertura disponível no grupo de ânions.
Em geral, pode ser afirmado que um íon pode ser substituído por outro se
seu raio iônico diferir menos que 15% do íon a ser substituído
Substituição isomórfica em minerais
• Minerais raramente se apresentam com compostos químicos simples, quase
sempre, um ou mais íons da rede são substituídos em alguma proporção por outros.
• A substituição de íon por outro gera grandes variações na composição química e
pode originar outros minerais
• O íon substituto:
- Deve ser comparável, em tamanho, ao íon original, caso contrário a
coordenação será diferente.
- A valência dos cátions isomórficos não influencia na habilidade de
substituição, contudo, a neutralidade elétrica deve ser mantida:
- Qualquer déficit de valência originado da substituição de um íon
de menor valência deve ser compensado pela inclusão de íon adicionais ou
pela mudança no estado de valência de algum íon já presente.
Ex: Al3+ e Si4+ são comparáveis em tamanho
Substituição do Si4+ pelo Al3+ em algumas posições na estrutura tridimensional da
sílica gera um desbalanceamento elétrico na rede.

Para o balanço elétrico deve ser introduzido um cátion, por exemplo, o Na+, que
origina um feldspato.

Si4+ → Na+Al3+
FELDSPATOS
 O termo feldspato engloba uma série de silicatos de alumínio, contendo proporções
variadas de potássio, sódio, cálcio e ocasionalmente bário.
Reticulados cristalinos são similares em natureza à estrutura da cristobalita, com íons
alcalinos e alcalinos terrosos localizados nos interstícios.
 Estrutura tridimensional de tetraedros de sílica, no qual alguns átomos de silício são
substituídos por átomos de Al3+, produzindo cargas negativas (solução sólida substitucional).
 Cargas são balanceadas pela presença de íons grandes nas posições intersticiais,
dando origem a vários tipos de feldspatos.
Tipos de feldspatos:
- albita (NaAlSi3O8) – Na2O.Al2O3.6SiO2
- anortita (CaAl2Si2O8) – CaO. Al2O3.SiO2
- ortoclásio (KAlSi3O8) – K2O.Al2O3.6SiO2
- celsiana (BaAl2Si2O8) - BaO. Al2O3.SiO2
Ortoclásio - empregado principalmente na manufatura de porcelana. O
ortoclásio fundido também fornece a maior parte do brilho dos artigos de
porcelana.
Estrutura dos argilominerais
Argilominerais
 São constituídos por silicatos hidratados, podendo conter outros elementos
como magnésio, cálcio, sódio, potássio, lítio e outros.
 São finamente divididos e usualmente aparecem na forma de placas.
 São compostos por uma ou mais camadas fundamentais
Camada fundamental (Si2O5)2- (dissilicatos ou filossilicatos)

Combinação de uma ou duas dessas camadas com uma camada composta por
cátions coordenados octaedralmente.
Se os cátions em camadas de coordenação octaedral têm a valência três, por
exemplo, o Alumínio  configuração similar a da gibsita Al(OH)3
Gibsita
 Cátions em coordenação octaédrica
 Valência = 3
FL = 3/6 = ½ - cada alumínio está ligado a 6 OH Cada OH- estará ligado a 2 Alumínios
Brucita Mg(OH)2).
• Cátions (Magnésio) em coordenação octaédrica
• Valência dois
FL = 2/6 = 1/3 - cada magnésio está ligado a 6 OHCada OH- estará ligado a 3 magnésios
Minerais em duas camadas
Grupo da caulinita
Fórmula geral: (OH)2Al2Si2O5 - Al2O3.2SiO2.2H2O
Constitui a maior porção dos vários tipos de argilominerais usados na indústria
cerâmica. (caulim e argila plástica)
Unidade fundamental
1 camada de (Si2O5)-2 e 1 camada de gibsita Al(OH)3
1 folha de tetraedro e 1 folha de octaedro
(Si2O5)-2 com os íons oxigênios do ápice sendo satisfeitos por ligações com íons
alumínio, e a coordenação octaédrica do alumínio sendo completada por íons
hidroxila.

Grupos hidroxilas numa folha estão em contato com oxigênios basais da próxima
camada → resulta em fracas ligações, o que causa uma excelente clivagem nas
caulinitas.

Pequenos cristais devido à falta de simetria na camada, sendo um lado tetraédrico
e o outro octaédrico → isso causa tensões tendendo a inclinar as folhas individuais
de forma que a ligação fraca entre as camadas não possa agüentar.
Não há ocorrência de substituição isomórfica
CAULINITA - (OH)2Al2Si2O5 - Al2O3.2SiO2.2H2O
Talco - Mg3Si4O10.(OH)2
Minerais em três camadas
Pirofilita
Fórmula geral: (OH)2Al2(Si2O5)2 - Al2O3.4SiO2.H2O
2 camadas de (Si2O5)-2 e 1 camada de gibsita Al(OH)3
• Clivagem ocorre entre as camadas, quebrando as ligações fracas.
• Ocorre em grande flocos devido ao arranjo simétrico das camadas nas folhas
Minerais 2:1
Pirofilita Al2(Si2O5)2(OH)2
Montmorilonita
Fórmula geral: (OH)2(Al, Mg, Fe)2(Si2O5)2
 Mesma estrutura da pirofilita – com extensa substituição do Al por Mg e Fe
em coordenação octaédrica.
 Pequeno tamanho de partícula
 Alta capacidade de troca de cátions
 Apresenta inchamento devido a adsorção de água entre as camadas
O tipo e o número de íons adsorvidos afetam quimicamente a superfície das
partículas.
(0.5Ca,Na)0.7(Al,Mg,Fe)4(Si,Al)8O20(OH)4.nH2O
Estrutura da montmorilonita.
Os octaedros amarelos representam Mg2+
substituindo Al3+. Os cátions Ca2+ e Na+
(esferas lilás) encontram-se entre as folhas
do tipo 2:1.
Fonte:
http://Mineral.gly.bris.ac.uk/Mineralogy
Pequeno tamanho de partícula
 Ligação entre as camadas é fraca
 Quando colocados em água ou em ambientes úmidos, os cátions interlamelares
se hidratam, entrando água entre as camadas, aumentando o espaçamento basal.
 Esse espaçamento varia com o tipo de cátion presente e com a quantidade de
água disponível.
A tendência à separação das camadas estruturais em meio aquoso pode ir até de
partículas de espessura da própria camada.
Argilas contendo esses argilominerais geralmente possuem ótimas
propriedades plásticas e coloidais e apresentam grandes variações de
propriedades físicas, dependendo dos cátions substitucionais (nas posições
octaedrais) e dos cátions trocáveis. Possuem também alta retração de
secagem
Micas
Fórmula estrutural: KAl2(AlSi3010)(OH)2
Na camada básica (Si2O5)-2
(Si4O10)4-
1 silício está sendo substituído por 1 alumínio
(AlSi3O10)5-
1 íon K+ é adicionado para neutralizar as cargas
Se Na+ é adiconado – mica paragonita
Se Ca++ é adionado – Mica margarite
 substituições isomórficas do Si por Al nas posições tetraedrais
 Grande variação de composição química
Diferem das montmorilonitas, pois os cátions de sódio e cálcio são ligados
aos oxigênios basais da camada AlSi3O10
Micas
Mica muscovita KAl2(AlSi3010)(OH)2
Ilitas
Fórmula estrutural – (K,Na)x(Al,Mg,Fe) 2 (AlxSi4-xO10) (OH)2
São consideradas intermediárias entre as estruturas das montmorilonitas
e micas
Resumo
Pirofilita, montomorilonita, mica e ilita apresentam a mesma estrutura básica (2:1)
Na Pirofilita – não ocorre nenhum tipo de substituição isomórfica
Considerando a substituição na camada tetraedral:
AlxSi4-x tem-se:
- Montmorilonitas
x < 0,25
- Ilitas
0,25 < x < 0,75
- Micas
x > 0,75
Relação entre propriedades e características estruturais
 Propriedades coloidais tais como plasticidade deriva do pequeno tamanho
de partículas
 A ausência de partículas grandes pode ser atribuída a uma estrutura não
simétrica (como a caulinita), com substituição isomórfica (como nas
montmorilonitas).
 Substituição suficiente de Si por Al, como na mica, pode levar a uma
ligação entre as camadas, as quais causam um aumento no tamanho de
partículas e formam uma rede não expandida.
 Substituição em posições octaedrais aumentam a capacidade de troca de
cátions, já que no balanceamento das cargas, os cátions estão fracamente
ligados e, portanto são facilmente substituídos.