SILICATES

Importance et nature

Rôle géochimique

Si l'importance économique des silicates est considérable, leur rôle géochimique est essentiel. Ils forment plus de 90 p. 100 en poids de l'écorce terrestre. Les nombreuses données statistiques sur la composition chimique de la partie superficielle, en particulier celles qui ont été obtenues par F. W. Clarke et H. S. Washington (1924) se rapportant aux roches éruptives, peuvent être présentées sous forme condensée dans le tableau.

Roches éruptives : composition

 

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Les roches sédimentaires et les roches métamorphiques, qui proviennent principalement de la transformation des roches éruptives, sont beaucoup moins abondantes et ont presque la même composition chimique : les actions d'oxydation, d'hydratation, de carbonatation de l'atmosphère altèrent très peu la composition de l'ensemble. Il en résulte que huit éléments chimiques seulement se combinent pour former pratiquement toute la masse de la lithosphère qui est directement accessible à l'analyse chimique. L'oxygène prédomine largement avec 46,60 p. 100 ; puis vient le silicium avec 27,72 p. 100. Ces deux éléments interviennent donc pour les trois quarts de la masse de la lithosphère. Les six autres éléments chimiques sont l'aluminium avec 8,13 p. 100, le fer 5,00 p. 100, le calcium 3,63 p. 100, le sodium 2,83 p. 100, le potassium 2,59 p. 100, le magnésium 2,09 p. 100 ; tous les autres éléments chimiques ne comptent, pondéralement, que pour 1,41 p. 100. En attribuant à l'ion oxygène, un rayon de 0,132 nm, V. M. Goldschmidt fait remarquer que les atomes d'oxygène occupent 90 p. 100 du volume de la lithosphère ; ces atomes ionisés sont liés entre eux par les cations, qui sont essentiellement Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, pour former des silicates et la silice. Les plus abondants – plus de 60 p. 100 en poids – sont les feldspaths, aluminosilicates de potassium, de sodium et de calcium ; viennent ensuite les pyroxènes et les amphiboles (env. 17 p. 100), puis le quartz (12 p. 100), les micas (4 p.100). Les silicates sont aussi les constituants essentiels de l'ensemble des météorites, sous la forme, le plus souvent, de l'olivine et d'un pyroxène ; dans leur composition pondérale moyenne, fournie par Goldschmidt, les éléments chimiques qui comptent pour plus de 1 p. 100 sont : l'oxygène (32,30 p. 100), le fer (28,80), le silicium (16,30), le magnésium (12,30), le soufre (2,12), le nickel (1,57), l'aluminium (1,38), le calcium (1,33).

Place particulière en chimie minérale

Jusqu'à une période relativement récente, les silicates ont constitué un des chapitres de la chimie minérale les moins bien connus, car les méthodes classiques d'étude des composés inorganiques ne leur sont pas, en général, applicables. Quand ils peuvent être chauffés jusqu'à leur fusion sans se décomposer, ils fournissent, souvent, un verre au refroidissement, et beaucoup d'entre eux ne peuvent être reproduits au laboratoire à la pression ordinaire. Leur analyse chimique est difficile, car ce sont, presque toujours, des solutions solides dans lesquelles interviennent différents éléments chimiques par le jeu des remplacements isomorphiques. Et la traduction des analyses dans une formule chimique a, pendant longtemps, fait appel aux hypothèses fausses d'acides siliciques complexes. Il en a résulté un divorce entre chimistes et minéralogistes ; pour ces derniers, la parenté des propriétés cristallographiques et physiques rapproche, dans une même famille, comme celles des micas et des pyroxènes, des minéraux qui, du point de vue chimique, apparaissaient très différents. C'est la diffraction cristalline des rayons X, entreprise d'abord par W. L. Bragg et ses élèves, qui a réconcilié chimistes et minéralogistes ; et la détermination des structures atomiques a eu pour conséquence de faire du chapitre des silicates l'un des plus clairs de la chimie inorganique.

En s'appuyant sur les données des rayons X, Goldschmidt fournit, dès 1924, les dimensions des atomes ionisés, qu'il assimile à des sphères chargées électriquement ; les silicates peuvent être envisagés comme des édifices d'anions oxygène, de rayon 0,132 nm, au contact de cations plus petits, liés par les forces électrostatiques de Coulomb. Goldschmidt insiste sur la notion de coordination d'un cation : c'est le nombre des anions qui l'entourent ; il est déterminé p [...]

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