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Classification du quartz


Lionel-R
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Le quartz est un minéral super répandu que je ne vous ferai pas l'offense de présenter, tout le monde en a et tout le monde sait ce que c'est. Ce que tout le monde sait sans doute moins c'est que le quartz n'est plus considéré comme un oxyde dans les ouvrages modernes de minéralogie mais comme le premier membre de la série des tectosilicates. Et là j'avoue que ça me pose un problème insoluble depuis plusieurs mois. Pourquoi ce changement ?!

Le quartz d'un point de vue purement chimique est bien un oxyde, c'est l'union de l'oxygène avec un élément moins électronégatif que lui à savoir le silicium. Postuler l'existence d'ion oxyde O2- et d'ion Silicium Si4+ dans la structure n'est pas stupide. On pourrait épiloguer en se rabattant sur le caractère assez covalent de la structure, toujours est il que chimiquement et je dirai même bêtement, le quartz est un oxyde.

Mais dans les bouquins il est classé dans les silicates, les tectosilicates pour être précis en raison de considération cristallographique. On peut en effet décrire la structure du quartz comme un empilement relativement régulier d'octaèdre SiO4 à sommets communs formant une hélice (gauche ou droite) avec une pointe de désordre pour avoir uniquement une symétrie d'axe d'ordre 3.

Mais chimiquement lorsque l'on classe un élément parmi une famille c'est que la référence à un anion complexe en général, est plus que suggéré. Un molybdate est obtenu en unissant un cation à un anion complexe MoO42-. Un sulfate résulte de l'union d'un cation avec un anion complexe SO42- etc. Donc si le quartz est un silicate, il serait un silicate de quelque chose, donc un silicate de silicium... Si4+ + SiO44-, c'est absurde. Par ailleurs, le minéral MoO3 (la molybdite) n'est pas un molybdate de molybdène (Mo6+ + 3MoO42-) mais est bien classé parmi les oxydes.

J'ai un gros soucis là... le quartz c'est un oxyde ou un silicate ? Qui a placé le quarts chez les silicates ? Quels sont les arguments pour ce changement de classe ? Si vous avez des infos je prends parce que je ne comprends pas et ça me dépasse. Qui plus est si des arguments cristallographiques passent au dessus de la chimie pour classer les minéraux, je crois que la classification que nous connaissons peut subir des bouleversements pour le moins intenses :)

Voilà... si vous avez des réponses, ne vous privez pas.

Lionel

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je te suis à 200% : le quartz est un oxyde !!

et ton explication pour les silicates (=> Donc si le quartz est un silicate, il serait un silicate de quelque chose, donc un silicate de silicium... Si4+ + SiO44-, c'est absurde.)

silicate de quelque chose comme sulfate de quelque chose ou carbonate ou .... là on trouve que silicium et oxygène !!

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A priori, j'aurais aussi dit oxyde. Mais le classement actuel tient peut-être compte du fait que le groupement SiO2 est le degré "0" du groupe des tectosilicates (structure tétraèdre ou chaque sommet oxygène est partagé avec les tétraèdres voisins) ? Ce serait un "silicate" pour lequel on n'aurait (théoriquement parce que je ne sais pas si un quartz "pur" existe) aucune subsitution donc aucune "apparition" de charge négative nécéssairement compensée par des cations = sous-classes des tectosilicates...Je dis ça avec mes mots, c'est pas très "pro"...

donc comme tu l'as (mieux) dit : chimie = oxyde et structure = tectosilicate ?

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Héhé, un vieux problème que j'avais mis de côté.

Je crois que c'est plutôt une histoire de classification : les oxydes sont très courants, mais viennent se greffer de manière anarchique dans d'autres classifications qui semblent plus pertinentes. D'ailleurs, dans "Les minéraux, leurs gisements, leurs associations" de Geffroy, Cesbron et Bariand, les oxydes ne sont pas cités comme étant un chapitre à part entière : les auteurs ont préféré mettre l'accent sur les silicates. Mais cela prouve bien qu'il y a un problème.

Ainsi, l'albite (NaAlSi3O8) est un silicate, et le corindon (Al2O3) est un oxyde (et la... bonjour l'angoisse lorsque tu débutes).

La classification semble plutôt obéir à des conditions de gisements et à la structure cristallographique : c'est plus terre à terre que d'obscures formules chimiques comme base de réflexion.

En ce qui me concerne, à moins de maitriser complètement le sujet, il me parait difficile de se faire une idée saine de la problématique. Du coup, je suis passé à autre chose...

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http://fr.wikipedia.org/wiki/Oxyde

extrait 1 : Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.

extrait 2 : SiO2 : dioxyde de silicium (silice)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Quartz_(min%C3%A9ral)

extrait : Le quartz est une espèce minérale du groupe des silicates, sous-groupe des tectosilicates composé de dioxyde de silicium de formule SiO2

http://fr.wikipedia.org/wiki/Silicate

extrait 1 :

Un silicate est un sel dérivant de la silice (SiO2). En chimie, ce sont des composés chimiques. En minéralogie, les silicates désignent une importante famille de minéraux.

Les silicates constituent 97 % de la croûte terrestre. Il en existe de nombreuses familles :

extrait 2 :

Les silicates sont des minéraux dont le squelette est essentiellement formé par des tétraèdres de silicium et d'oxygène (SiO4) additionnés d’aluminium, magnésium, fer, calcium, potassium, sodium et autres éléments.

extrait 3 :

Les principaux groupes d’aluminosilicates (et leurs minéraux les plus représentatifs) sont :

en rouge des bases de réflexion : je demande l'aide des scientifiques du forum (éric et lionel entre autre ...) pour m'expliquer comment SiO2 peut former un tétraèdre et quelle différence avec la base des silicates qui est SiO4 ? parce que là je suis perplexe ...

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pour répondre à katangai :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Oxyde

extrait :

La plupart des minéraux connus sur Terre sont en fait des oxydes et ils sont très répandus dans l'univers. Beaucoup d'oxydes ont une grande importance : le plus important d'entre eux est l'oxyde d'hydrogène qui n'est rien d'autre que l'eau.

ce qui ramène une autre interrogation existentielle : l'eau est elle un minéral ? (discuter déjà ailleurs sur géo !!)

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http://sili.cium.free.fr/eusilict.htm

extrait :

3. Les tectosilicates

Toutes les formes de silice à l’exception de la stishovite [cf. SILICE] peuvent être considérées comme des tectosilicates, car leur structure atomique est un assemblage des mêmes tétraèdres quasi réguliers SiO4 liés entre eux par leurs quatre sommets (fig. 1); comme chacun des atomes d’oxygène se trouve lié à deux atomes de silicium, la composition chimique correspond à la formule SiO2. Les formes les plus importantes de silice cristallisée, des points de vue géochimique et industriel, sont le quartz, la tridymite et la cristobalite .

Dans les tectosilicates proprement dits, les tétraèdres quasi réguliers des ions oxygène, avec, en leurs centres, soit un ion silicium, soit un ion aluminium, s’associent par leurs quatre sommets pour former une charpente tridimensionnelle, de composition (Si,Al)O2, constituant un macroanion dont la charge négative est neutralisée par certains cations. L’atome d’aluminium jouant le rôle géométrique de l’atome de silicium, les tectosilicates apparaissent comme des aluminosilicates, dans lesquels les atomes Si sont au moins aussi nombreux que les atomes Al. De sorte que un ion oxygène peut être lié à deux ions Si4+ par deux valences électrostatiques (au sens de Pauling : charge de l’ion divisée par sa coordination) qui le rendent «inactif», ou à deux ions, Si4+ et Al3+, qui lui adressent une valence électrostatique 1 + 3/4. Cet oxygène «actif» est donc lié à des cations dont il reçoit 1/4 de valence électrostatique pour neutraliser sa charge _ 2. Or, des ions tels que Mg2+ et Fe2+, aux centres d’octaèdres réguliers d’atomes d’oxygène (coordination 6), possèdent une valence électrostatique 2/6 = 1/3, qui est trop grande. Aussi n’entrent-ils jamais dans la composition chimique des tectosilicates. Par contre, des ions plus volumineux tels que Ca2+, Ba2+, de coordination 8, ou des ions alcalins K+, Na+, Li+, dont la valence électrostatique reste inférieure à 1/4, conviennent. On trouve cependant, dans certains tectosilicates, de petites quantités de fer sous la forme d’ions Fe3+ qui remplacent Al3+ dans les tétraèdres d’oxygène.

le doute persiste ? non?

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Au delà du doute, il y a souvent des amalgames entre classification de Strunz et classification de Dana.

Pour la stishovite, il suffit de lire ce qui est écrit dans le wikipedia :

La stishovite est une espèce minérale du groupe des silicates, sous groupe des tectosilicates. Polymorphe tétragonal de la silice de formule SiO2, à groupe d'espace P42/mnm, ayant la structure du rutile TiO2.

Ce qui contredit le site sur les silicates : "Toutes les formes de silice à l’exception de la stishovite [cf. SILICE] peuvent être considérées comme des tectosilicates".

Et pour pousse le bouchon le plus loin possible, que dire de SiO2 et de GeO2, lorsqu'on cherche à substituer du Si par du Ge ? Théoriquement, on passerait d'un silicate à un oxyde à quel moment?

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on continue :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Silice

extrait 1 :

La silice est la forme naturelle du dioxyde de silicium (SiO2) qui entre dans la composition de nombreux minéraux.

La silice existe à l'état libre sous différentes formes cristallines ou amorphes et à l'état combiné dans les silicates, les groupes SiO2 étant alors liés à d'autres atomes (Al : Aluminium, Fe : Fer, Mg : Magnésium, Ca : Calcium, Na : Sodium, K : Potassium...).

extrait 2 :

La silice est un oxyde acide qui réagit avec les oxydes basiques pour donner des silicates

http://fr.wikipedia....yde_de_silicium

extrait :

Le dioxyde de silicium est un composé chimique composé d'une proportion d'un atome de silicium pour deux atomes d'oxygène et dont la formule peut s'écrire SiO2.

Le dioxyde de silicium existe à l'état libre sous différentes formes cristallines ou amorphes de silice et à l'état combiné dans les silicates, les groupes SiO2 étant alors liés à d'autres atomes (Al, Fe, Mg, Ca, Na, K...).

http://wij.free.fr/eusilice.htm

extrait 1:

Le dioxyde de silicium ou silice occupe, parmi les oxydes, une place exceptionnelle; en effet, par ses propriétés cristallochimiques, par ses modes de genèse, par son importance pétrographique, il s’apparente étroitement aux silicates. Dans la quasi-totalité de ses formes, il apparaît comme le modèle le plus simple des tectosilicates: une charpente tridimensionnelle faite de tétraèdres SiO4 liés les uns aux autres par leurs sommets, chaque atome d’oxygène étant commun à deux tétraèdres, d’où la formule globale SiO2 (ce qui répond à ma question plus haut )

extrait 2 :

Il existe des relations étroites entre les structures des diverses silices. Toutes les formes sauf une, la stishovite, présentent les mêmes tétraèdres SiO4 s’associant par leurs sommets comme dans les tectosilicates (cf. SILICATES, fig. 1).

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L'eau solide est considérée comme un minéral : http://www.mindat.org/min-2001.html, le mercure est considéré comme un minéral uniquement pour des raisons historiques http://www.mindat.org/min-2647.html, visiblement un minéral doit forcément être solide... c'est absurde il n'y a qu'une seule autre exception : l'eau liquide ... passons c'est une question de classification ^^.

Mais c'est typiquement le genre de discussion que j'adore... donc merci à tous... J'ai un peu avancé sur la question et la place du quartz dépend en effet de la classification comme l'a dit JexSavoie. Chez Strunz ou Nickel Strunz le quartz est un oxyde pour des raisons chimiques et chez Dana le quartz est un silicate pour des raisons cristallographiques. Dans la classification de Hey, le quartz est un oxyde séparé des silicates comme chez Strunz. On a donc deux classifications pour oxyde contre une pour les silicates.

La remarque sur la solution solide (Ge,Si)O2 est très pertinente, quand devient on un silicate ?! Cela va dépendre des auteurs, chez Strunz il sera un oxyde et chez Dana en toute logique, GeO2 fera partie de la famille des germanates qui est elle même apparentée aux silicates d'un point de vue cristallographie (fait admis dans la classification de Strunz ...). Et ainsi (Ge,Si)O2, sera toujours un silicate. Sans silicium, GeO2 est un germanate qui fait partie de la famille des silicates. Bref, ça devient très subtil et pas évident du tout mais tellement passionnant :) Quand au cas de SiO2 stishovite de structure rutile, le silicium se trouve alors en site octaédrique et non plus tétraédrique, ainsi il ne peut plus être un modèle de départ pour décrire une espèce minéral ou le silicium se trouverait au centre d'un tétraèdre. Le quartz et la stishovite sont des oxydes tous les deux mais le premier est le chef de famille des tectosilicates donc il peut (il n'y a pas de nécessité !) être rangé avec ces derniers, le second n'est pas chef de famille donc la stichovite n'est pas un silicate mais bien uniquement un oxyde... c'est vraiment super subtil !

Après pour ne rien vous cacher, j'ai mené quelque réflexions sur les classifications en minéralogie et à vraie dire aucune n'est réellement satisfaisante, raison pour laquelle il en existe au moins 4 dont trois totalement distinctes :

  • les classifications de Strunz ou de Nickel Strunz sont basées sur les contre-anions simples ou complexes
  • la classification de Hey est basée sur considérations "purement" chimiques plus précises que celles de Strunz
  • la classification de Dana est basée sur des considérations cristallographiques et chimiques en termes d'écritures des formules des minéraux, (les deux sont liées...).

Donc voila ce n'est pas simple, en fait le quartz n'est pas un oxyde, ou encore moins un silicate, il n'y a pas de vérité absolue, tout dépend de la classification que l'on prend pour référence sans jamais omettre son âme de chimiste ou de passionné. En soi le quartz peut demeurer un superbe minéral que l'on trouve partout sans que ces discussions de nomenclature ne changent quoi que ce soit à sa beauté ni à l'attrait que l'on peut avoir pour lui. Dans mon "âme" le quartz est un oxyde et des grands pontes de la minéralogie sont allés dans ce sens avant moi tandis que Dana dans un soucis de rigueur l'a rangé dans les silicates en tant que chef de famille des tectosilicates. Finalement, il n'y a rien à objecter à tout ça maintenant que nous avons compris que tout est une question de référence et que les ouvrages nous induisent en erreur en ne le mentionnant pas suffisamment clairement.

Parallèlement à tout cela, je me demande si un cinquième classification ne serait pas la bienvenue car on trouve un truc qui m'a toujours grandement posé problème : les oxydes simples sont séparés des oxydes complexes en mettant à mon sens une forme de confusion dans l'esprit de la classification en minéralogie. Les phosphates, les carbonates, les silicates sont tous des oxydes mais les classifications les mettent toutes au même niveau alors qu'ils n'en sont qu'une sous familles. En effet que dire alors de la pérovskite CaTiO 3 et du spinelle MgAl 2 O4 qui sont respectivement un titanate de calcium et un aluminate de magnésium alors qu'ils côtoient la périclase MgO et la zincite ZnO qui sont des oxydes stricto sensu. Pour moi il faudrait une classification du genre :

  1. Éléments natifs
  2. Alliages et amalgames
  3. Sulfures et Sulfosels
  4. Halogénures
  5. Oxydes
  6. Minéraux organiques

Et après, chaque famille est détaillées proprement en toute rigueur suivant l'approche que l'on veut, c'est à dire, chimique avec contre-anions (Strunz), chimique plus précise (Hey), ou structurale (Dana). Je crois que là tout le monde serait d'accord et mettre le quartz (oxyde) en chef de famille des silicates (oxyde également) pour des considérations structurales et non plus chimiques serait d'une logique abyssale puisque les deux familles seraient d'entrée dans le même groupe !

Maintenant quelques réponses à Laurent bien que les réponses soient dans les informations que tu as recueillies sur la toile. Dans le quartz, le silicium est entouré de quatre atomes d'oxygène. Les distances Si-O sont quasiment toutes égales est les angles O-Si-O très proches de 109.5°, ainsi la géométrie de l'entité SiO4 dans le quartz est tétraèdre presque régulier. Tous les tétraèdres ont un sommet commun avec un autre tétraèdre, ainsi chaque oxygène appartient à deux tétraèdres alors que chaque silicium appartient à un unique tétraèdre. Il y a quatre atomes d'oxygène par tétraèdre mais qui appartiennent tous à deux tétraèdre donc formellement dans l'unité constitutrice du quartz il y a un atome de silicium pour deux atomes d'oxygènes d'où la formule SiO2. Et ça tombe bien car le silicium peut perdre facilement les 4 électrons de sa couche périphérique alors que l'oxygène en gagne facilement deux, on obtient donc Si 4+ + 2O2- = SiO2.

SiO44- est l'anion complexe orthosilicate, c'est le même que celui présent dans le quartz à la différence que cet anion est lié à des cations dans les silicates de "quelque chose" K+ ouCa2+ dans les feldspaths par exemple.

j'en viens à une remarque:question de Jex Savoie ou EricT je ne sais plus. Il n’existe pas de quartz pur, ni même de composés chimiques parfaitement purs sur Terre ni même dans l'univers pour tout un tas de raison par forcément évidentes mais fondamentales. La thermodynamique impose la présence de défaut dans les structures cristallines, les impuretés peuvent en faire partie. La diffusion des particules empêche fondamentalement d'obtenir une structure cristalline pure, car une particule aura toujours tendance à aller là ou elle ne se trouve pas mais surtout là ou ses copines ne sont pas présentes. Enfin pour finir il y a la notion abstraite de potentiel chimique, le potentiel chimique explique que l'on trouve toujours des impuretés dans les solides car cela diminiue le potentiel chimique de l'impureté et du cristal. En gros la pureté est un concept absolu inatteignable. On est pure au sens de quelque chose, c'est à dire quand on est en dessous du seuil de détection d'une technique de caractérisation (DRX, ICP, Raman etc.).

Encore merci pour vos réponses, questions et informations ^^

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Mais justement la chimie ne fait pas tout et ne suffit pas à décrire un minéral, beaucoup de ses propriétés sont dues à la structure interne (qui n'a rien à voir avec le fait que le quartz ait un aspect cubique ou sphérique), faire intervenir la structure interne dans les classification est très puissant et fort utile pour les études fondamentales ou à visées plus applicatives. Avec uniquement la chimie, la calcite et l'aragonite serait un même minéral, heureusement que la physique (et les maths) viennent nous donner un éclairage nouveau pour les distinguer :) Par ailleurs si le minéralogiste aime la chimie, il pourra se référer aux classification de Strunz ou Hey, s'il est plus physicien, il consultera celle de Dana en ce sens les classifications modernes sont fantastiques car adaptées à diverses visions de ce que peut être un minéral.

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