1.3. Klassifizierung und Nomenklatur der Silicate

Klassifzierung

In der in der Strukturchemie gebräuchlichen kristallchemische Klassifizierung der Silicate nach Liebau werden die folgenden Parameter für die Einteilung verwendet:

1. N_an = Zahl der Anionentypen: Dieser Parameter bestimmt, ob in einem bestimmten Silicat einheitliche oder mehrere verschiedene Anionen vorliegen. (Im folgenden fast immer gleich 1).
2. CN = Koordinationszahl: Die Koordinationszahl von Silicium ist überwiegend 4, seltener 5 oder 6.
3. L = Linkedness, Verknüpfungstyp: Der Verknüpfungstyp der [SiO_n]-Polyeder beschreibt die Zahl der gemeinsamen Sauerstoffatome zwischen zwei Polyedern. Danach kann unterschieden werden in:
   • L=0: isolierte, unverknüpfte Polyeder
   • L=1: Verknüpfung über Ecken, d.h. je ein gemeinsames Atom zwischen zwei Polyedern
   • L=2: Verknüpfung über Kanten. Hierfür gibt es bei Silicaten nur einige wenige Beispiele und die auch nur für die Fälle, in denen Silicium sechsfach koordiniert ist.
   • L=3: Verknüpfung über Flächen. Hierfür sind bei Si-O-Verbindungen keine Beispiele bekannt.

   Abb. 1.3.1. Linkedness ‣SVG

   Für den Verknüpfungsgrad von [SiO₄]-Tetraedern d.h. bei den wichtigsten Silicaten, bleiben also nur L=0 und L=1. Der Grund hierfür liegt im geringen Abstand d der Polyederzentren, der, wenn man ihn mit dem Ionenradius r_O^2- von 140 pm berechnet, für die Verknüpfung über Ecken 343 pm, bei Kantenverknüpfung 198 pm und schließlich bei Flächenverknüpfung nur noch 114 pm beträgt.
4. C = Connectedness, Verknüpfungsgrad: Der Verknüpfungsgrad eines bestimmten [SiO_n]-Polyeders in einem Silicat ist die Zahl s anderer [SiO_n]-Polyeder, mit denen das Polyeder verknüpft ist. Als Symbol ist Q^s in Gebrauch. Wichtig ist, daß C unabhängig von L ist.

   Abb. 1.3.2. Connectedness, Verknüpfungsgrad ‣SVG

   D.h. also:
   • C=0: entsprechend Q⁰: isolierte Polyeder
   • C=1: Q¹ (primär): ein Polyeder ist mit einem weiteren Polyeder verknüpft. (z.B. Disilicate).
   • C=2: Q² (sekundär): das Polyeder ist mit zwei weiteren Polyedern verknüpft (z.B. Silicate mit Ketten- oder Ringstruktur)
   • C=3: Q³ (tertiär): das Polyeder ist mit drei weiteren verknüpft (z.B. in Schichtsilicaten).
   • C=4: Q⁴ (quaternär): das Polyeder ist mit vier weiteren Polyedern verbunden. Für L=1 und CN=4 resultieren die Raumnetzstrukturen der SiO₂-Modifikationen.
5. B = Branchedness, Verzweigtheit: Anhand dieses Parameter wird eine Unterscheidung getroffen, wie stark die Bauelemente verzweigt sind. Danach unterscheidet man in:
   • uB = unbranched, unverzweigt z.B. einfache Ketten oder Ringe
   • br = branched, verzweigt

     Abb. 1.3.3. Branchedness, Verzweigtheit ‣SVG

     Nach der Art der Verzweigung wird wiederum weiter unterschieden in:
     • oB = open branched = offen-verzweigt
     • lB = loop-branched = geschlossen-verzweigt
     • olB = mixed = gemischt-verzweigt
     • hB = Hybrid-Typ
6. D = Dimensionalität der Anionen. Danach wird unterschieden in:
   • D=0: isolierte Anionen, die wiederum weiter unterteilt werden können in
     • t: termininierte Mehrfachpolyeder (z.B. Kettenstücke)
     • r: Ringe
   • D=1: Ketten oder Bänder
   • D=2: Schichten
   • D=3: Raumnetze
7. M = Multiplizität: Unter der Multiplizität wird die Zahl M bestimmter Baueelemente (Polyeder, Ketten, Ringe, Schichten), verstanden, die zu einem Verband derselben Dimensionalität verknüpft sind (z.B. Doppelketten, Dreifachketten, Doppelschichten usw.). M ist bei Silicaten maximal 5. Zur Bennenung werden im Deutschen die Bezeichnungen Einfach (M=1), Doppel (M=2), Dreifach (M=3) usw., im Englischen entsprechend single, double, triple, fourfold (quadruple), verwendet.

   Abb. 1.3.4. Multiplizität ‣SVG

   Die Abbildung 1.3.4. zeigt den entsprechenden Fall für Ketten als Beispiel. Wenn die Multiplizität unendlich wird, wird ein Bauelement mit einer um 1 erhöhten Dimensionalität erzeugt.
   
8. P = Periodizität: Die Zahl der Tetraeder, Ringe oder Schichten nach denen sich das Motiv wiederholt, wird als Periodizität bezeichnet. Die Benennungen (die auch im Englischen verwendet werden) sind Einer- (P=1), Zweier- (P=2), Dreier- (P=3), usw.

   Abb. 1.3.5. Periodizität ‣SVG

Das kristallchemische System der Silicate nach Liebau wird anhand der in Tabelle 1.3.1. genannten Parameterreihenfolge getroffen.

Klasse	CN	im Folgenden fast immer = 4
Subclass	L	im Folgenden immer L=0 (isoliert) oder L=1 (eckenverknüpft)
Branches	B	verzweigt oder unverzweigt (am wichtigsten: uB)
Ordnung	M	Wiederholungen der Einheit
Gruppe	D	Dimensionalität
Untergruppe	r oder t	Ringe oder terminiert
Famlilie	P	Periodizität: Detaileinteilung nach der Konformation

Andere Nomenklaturen: In der chemische Nomenklatur wird für eine Verbindung der allgemeinen Zusammensetzung A_rO s SiO₂ nach den Elektronegativitätsverhältnissen unterschieden:

• Wenn A elektronegativer ist als Si liegen Si-Salze der korrespondierenden Säure vor. Z.B. kann man danach Si[P₂O₇] als Silicium-Diphosphat bezeichnen.
• Wenn A etwa die gleiche Elektronegativität wie Silicium aufweist, ist die Bezeichnung als Doppeloxid gebräuchlich (z.B. für ZnSiO₃ in der Ilmenit-Struktur).
• Wenn A eine kleinere Elektronegativität als Silicium hat (wie in den normalen Silicaten), dann ist Si die saure Komponente, d.h. es liegen Salze der Kieselsäure vor, deren Formel als A_rq[Si_xO_2s+q] geschrieben wird.

Es gibt eine Reihe weiterer auch graphischer Einteilungen. Wichtig ist, daß das System der Tabelle oben zyklisch ist, d.h. daß Erhöhung von M ins unendliche schließlich in die folgende Zeile führt.

Die Mineralogische Nomenklatur ist bestimmt von Trivialnamen, die nach den verschiedensten Kriterien gewählt wurden. Z.B. nach

• Form des Minerals (z.B. Strahlstein, Actinolith)
• Farbe des Minerals (z.B. Olivin = olivgrün)
• Spaltbarkeit (gr. klasis) (z.B. Orthoklas)
• chemischer Zusammensetzung (z.B. Sodalit: Natrium-reiches Silicat)
• Fundort (z.B. Spessartin, Vesuvianit)
• Personen allgemein (Gmelinit, ein Zeolith)
• Entdecker

Formeln

Al^[6]₁₂Al^[4]{oB, 3t}[Si₅O₁₆](OH,F)₁₈O₄Cl.

Abb. 1.3.6. Struktur von Zunyit (links nur Anion, rechts komplette Struktur)

Darstellung

• Stick-and-Ball-Darstellungen mit Si-O-Bindungen und isolierten A-Kationen.
• Polyederdarstellungen mit [SiO₄]-Tetraeder und A-Kationen oder [AO_n]-Polyedern.
• Darstellungen der Packungen. Diese ist möglich, wenn
  • A mit CN 4-6 auftritt, so daß meist die gesamte Struktur als dichte Packung der Oxid-Ionen mit gefüllten Tetraeder- bzw. Oktaederlücken beschrieben werden kann (z.B. Olivin).
  • Wenn mehrere Kationen enthalten sind, davon aber einige mit Koordinationszahlen von 4 oder 6, dann lassen sich Teile der Struktur als Ausschnitte dichter Kugelpackungen beschreiben (s. z.B. Schichtsilicate).
• Verknüpfung nur der Si/Al-Tetraederzentren durch Bindungen. Diese Darstellung ist bei den komplizierten Raumnetzstrukturen z.B. der Feldspäte gebräuchlich.
• Darstellung der entsprechenden Löcher hierin als Polyeder (z.B. bei Zeolithen und Clathrasilen).