Filosilicatos

Los filosilicatos son una subclase de los silicatos. Su estructura cristalina se compone de tetraedros básicos de SiO4 se unen entre sí, a través de tres vértices, formando planos o capas que llamaremos “hojas tetraédricas”. 

Las arcillas (rocas sedimentarias) se componen mayoritariamente de filosilicatos (minerales arcillosos).

Cada tetraedro en una capa de un filosilicato tiene un vértice sin enlazar y por tanto tendrá tendencia a buscar un enlace que haga que la carga del tetraedro sea neutra. Por ello, las capas de los filosilicatos, al tener todos los vértices sin enlazar hacia un lado determinado tienden a unirse con otras capas por ese lado. 

Las capas que se unen a las hojas tetraédricas están compuestas por octaedros (8 caras y 6 vértices).

Los octaedros pueden ser de hidróxido de aluminio (gibsita) o de hidróxido de magnesio (brucita)…. aunque también hay filosilicatos con octaedros de hidróxido de hierro. 

Igual que en la capa de tetraedros tenemos aniones (SiO4)4-, en estas capas octaédricas cada octaedro es un anión  (Al(OH)6)3- o bien un anión (Mg(OH)6)4-. Los octaedros comparten sus caras triangulares y forman así las hojas octaédricas.

Si los octaedros son de hidróxido de aluminio Al(OH)3 hay cationes del tipo Al3+ (o cationes Fe3+), para que la hoja de octaedros sea neutra eléctricamente solo se necesita que haya cationes en dos de cada tres posiciones y estas hojas se llaman di-octaédricas.

Cuando los octaedros son de hidróxido de magnesio Mg(OH)2 el catión predominante es Mg2+ (o Fe2+) y entonces todos los octaedros tienen que estar llenos para alcanzar la neutralidad eléctrica, llamándose las hojas tri-octaédricas.

Al unirse la capa de tetraedros con la de octaedros, se eliminan los OH de las bases de los octaedros y en su lugar se posicionan los oxígenos del vértice de los tetraedros.

Es decir, los oxígenos de los vértices de los tetraedros son ahora también los oxígenos de las bases de los octaedros, y forman la unión entre ambas capas.

En realidad, como la capa de tetraedros tiene «agujeros», solo 2 oxígenos de la base del octaedro coinciden con los vértices de tetraedros, y el tercer oxígeno (en realidad es un OH) de la base solo pertenece a la capa de octaedros (y no es sustituido).

La figura siguiente muestra una representación azimutal de una capa tetraédrica sobre la que se enlaza una capa octaédrica. Tan solo se muestran los oxígenos del plano común de ambas capas, así como los cationes de silicio y aluminio. No están representados los oxígenos de las bases de los tetraedros ni los del plano superior de los octaedros.

Por tanto, hasta aquí, tenemos hojas tetraédricas enlazadas con hojas octaédricas que pueden tener algunos “agujeros” (di-octaédricas) o pueden estar llenas (tri-octaédricas).

Esta es la estructura básica de un filosilicato y se describe como estructura TO (Tetraédrica-Octaédrica) o también 1:1. Entre otros, tienen esta estructura los caolines y las arcillas de bola.

Las pastas blancas como loza, gres y porcelana, que se basan en caolín también tienen esta estructura. La unión entre capas TO se realiza mediante enlaces Van der Waals y la distancia entre capas es de 7 Å.

Pero podemos tener más formas de unión entre hojas.

Otra estructura sería 2:1 con la forma TOT, de forma que una hoja octaédrica se une por arriba y por abajo con hojas tetraédricas. La hoja tetraédrica inferior tiene sus vértices hacia arriba y la superior los tiene hacia abajo. La unión entre las distintas capas TOT se realiza con enlaces Van der Waals. La distancia entre capas es de 10 Å.

El Talco y la Pirofilita son ejemplos de filosilicatos  con esta estructura TOT.

Una tercera forma es la de los filosilicatos con estructura 2:1:1 que poseen una capa octaédrica adicional entre dos estructuras TOT. 

Podríamos denominar a esta estructura TOT-O-TOT. La capa de octaedros intermedia no comparte oxígenos con las estructuras TOT y su presencia es equivalente a la presencia de distintos iones que normalmente se distribuyen entre las capas con uniones por enlaces Van der Waals. La distancia entre capas es de 14 Å. A los filosilicatos con esta estructura se les denomina Cloritas.

Por último, hablar también de la estructura llamada 2:1 de capas invertidas, de la que se dice que es fibrosa. Aquí las estructuras TOT se combinan entre sí a distinta altura dejando unos canales que se llenan con moléculas de agua. Pertenece a este grupo de filosilicatos la Sepiolita o Espuma de Mar. 

Una vez vista la estructura cristalina de los filosilicatos, es importante conocer que estos minerales son isomórficos, por lo que determinados elementos pueden ser sustituidos por otros.

En cristalografía se dice que hay sustitución isomórfica cuando en un mineral uno o más iones son sustituidos en cierta proporción por otros iones, conservando la misma estructura. Un ion puede sustituir a otro cuando sus radios difieren en menos de un 15%. 

Algunos reemplazos frecuentes en filosilicatos son el de Mg2+ por Ca2+, Fe3+ por Al3+, o Fe2+ por Mg2+. En estos casos mencionados no hay alteración de la carga al realizar las sustituciones.

Si la sustitución altera el balance de carga eléctrica, se compensará con cationes adicionales.

Si el Al3+ sustituye al Si4+, debe compensarse una unidad de valencia positiva (K+, Na+ o sustituyendo un O2- por OH).

En el caso de tener que compensar dos cargas se introducirán cationes X2+ como Ca2+ o Mg2+. Este es el caso de los feldespatos, donde algunos iones silicios están reemplazados por aluminio, y se introduce potasio o sodio para lograr la electro neutralidad.

Estos reemplazos isomórficos en los silicatos se produjeron en el momento de su formación y no deben confundirse con el intercambio de iones, que es un fenómeno esencialmente externo a la estructura del filosilicato.

La introducción de cationes entre capas de los filosilicatos en los que se produce isomorfismo está presente en las subclases llamadas Esmectitas, Vermiculitas y Micas, las tres con estructura TOT (2:1). 

Además, las arcillas ricas en  Esmectitas y/o Vermiculitas son consideradas expansivas (no es el caso de las micas) ya que los cationes que se introducen entre capas tienen enlaces muy débiles, lo cual permite la entrada de agua en grandes cantidades aumentando su volumen muchísimo. Este fenómeno es el que produce muchos accidentes cuando tenemos suelos de arcillas expansivas y la humedad o la lluvia provocan crecimientos en volumen y desplazamientos entre las capas que pueden llegar a desmoronar edificios o provocar deslizamientos en laderas, caídas de árboles, etc…

Clasificación de filosilicatos

Los filosilicatos se clasifican en subclases dependiendo de su estructura (1:1, 2:1, 2:1:1 o capas invertidas) y de la carga de sus capas.

Cada subclase se divide a su vez dos subgrupos con capas di-octaédricas y tri-octaédricas y en cada uno de ellos encontraremos distintos minerales dependiendo de las sustituciones isomórficas que se hayan producido.

Las sustituciones isomórficas de los filosilicatos pueden realizarse tanto en la capa tetraédrica como en la octaédrica, produciéndose habitualmente sustitución de cationes por otros con distinta carga, lo que provocará la adhesión al filosilicato de nuevos cationes externos, que se enlazarán en las zonas interlaminares para alcanzar así la neutralidad de carga eléctrica.

Una clasificación generalmente aceptada de la familia de los filosilicatos es la siguiente: 

Filosilicatos de capas 1:1 TO

Grupo Caolín/Serpentina: Carga de capas X∼0 por lo que no admite cationes entre capas siendo su estructura TO-TO.

  • Con hojas dioctaédricas: Caolines o Kanditas. Forman parte de este grupo los minerales caolinita, dickita, nacrita, haloisita
  • Con hojas trioctaédricas: Serpentinas. Forman parte de este grupo los minerales crisotilo, antigorita, lizardita

Filosilicatos de capas 2:1 TOT

Grupo Talco/Pirofilita: Carga de capas X∼0 por lo que no admite cationes entre capas siendo su estructura TOT-TOT.

  • Con hojas dioctaédricas: Pirofilitas. Forma parte de este grupo el mineral pirofilita muy poco común.
  • Con hojas trioctaédricas: Talcos. Forma parte de este grupo el mineral talco.

Grupo Esmectitas: Carga de capas X∼0,2-0,6 por lo que admite cationes entre capas siendo su estructura TOT-(X+, X2+, H2O)-TOT. Son arcillas expansivas

  • Con hojas dioctaédricas: Montmorillonitas. Forman parte de este grupo los minerales montmorillonita, beidellita, nontronita.
  • Con hojas trioctaédricas: Saponitas. Forman parte de este grupo los minerales saponita, hectorita, estevensita.

Grupo Vermiculitas: Carga de capas X∼0,6-0,9 por lo que admite cationes entre capas siendo su estructura TOT-(X+, X2+, H2O)-TOT. Son arcillas expansivas. Hay vermiculitas con hojas dioctaédricas y trioctaédricas.

Grupo Micáceas: Carga de capas X∼0,5-0,75 por lo que admite cationes entre capas siendo su estructura TOT-(X+, X2+)-TOT. Se clasifica en este grupo la illita que tiene hojas dioctaédricas.

Grupo Micas: Carga de capas X∼1 por lo que admite cationes entre capas siendo su estructura TOT-(X+)-TOT.

  • Con hojas dioctaédricas: Micas dioctaédricas. Forman parte de este grupo los minerales moscovita, paragonita.
  • Con hojas trioctaédricas: Micas trioctaédricas. Forman parte de este grupo los minerales biotita, flogopita.

Grupo Micas frágiles: Carga de capas X∼2 por lo que admite cationes entre capas siendo su estructura TOT-(X2+)-TOT.

  • Con hojas dioctaédricas: Micas frágiles dioctaédricas. Forma parte de este grupo el mineral margarita.
  • Con hojas trioctaédricas: Micas frágiles trioctaédricas. Forma parte de este grupo el mineral clintonita.

Filosilicatos de capas 2:1:1 TOT-O-TOT

Grupo Cloritas: Carga de capas X∼variable, la capa octaédrica intermedia hace la función de los cationes de otros filosilicatos, siendo su estructura TOT-O-TOT. Hay cloritas con hojas di y tri octaédricas. Forman paste de este grupo los minerales clinocloro, chamosita, sudoita, nimita

Filosilicatos fibrosos de capas invertidas

Grupo Hormitas: Estructura de capas invertidas con canales. Los filosilicatos de este grupo solo tienen hojas trioctaédricas. Se subdividen en Sepiolitas (los minerales de este subgrupo son sepiolita, loughlinita) y Palygorskitas

2 comentarios sobre “Filosilicatos

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