Minéralogie

Les éléments les plus abondants dans la croûte terrestre sont présentés dans le tableau suivant :

On constate que les éléments les plus abondants sont l'oxygène et le silicium; les minéraux les plus abondants seront donc les oxydes de silicium, dits silicates.

Les sommets du polyèdres définissent alors des sites dans lesquels se logent les cations. Un même site peut être occupé par des cations de plusieurs natures si le rayon ionique est proche à ±15% et si les charges sont identiques à ±1 près. On définit ainsi des substitutions, qui sont le remplacement d'un cation par un autre.

Classiquement, \(\textrm{Si}^{4+}\) est remplacé par \(\textrm{Al}^{3+}\) et \(\textrm{Ti}^{4+}\), \(\textrm{Mg}^{2+}\) par \(\textrm{Fe}^{2+}\) et \(\textrm{Mn}^{2+}\), \(\textrm{Na}^{+}\) par \(\textrm{Ca}^{2+}\) et \(\textrm{K}^{+}\) par rien (\(\textrm{Ba}^{2+}\), \(\textrm{NH}_4^{+}\), \(\textrm{Cs}^{+}\)).

Les cations occupent dans les minéraux des sites formés par les oxygènes. En fonction de la taille, les ions occupent certains sites, tétraèdres, octaèdres, ...

Deux ions peuvent se substituer s'ils ont des rayons relativement voisins.

Les substitutions les plus fréquentes sont :

• \(\textrm{Si}^{4+}\) par \(\textrm{Al}^{3+}\) en position tétraédrique. Mais notons bien que, le rayon de \(\textrm{Al}^{3+}\) lui permet aussi d'occuper des sites octaédriques.

  \(\textrm{Si}^{4+}\) peut être aussi remplacé aussi par \(\textrm{Fe}^{3+}\), \(\textrm{Ti}^{4+}\).

• \(\textrm{Mg}^{2+}\), \(\textrm{Fe}^{2+}\) et \(\textrm{Mn}^{2+}\) peuvent se substituer en position octaédrique.

• \(\textrm{Ca}^{2+}\) et \(\textrm{Na}^{+}\) peuvent se substituer.

\(\textrm{K}^{+}\) ne peut se substituer à aucun des cations précédents, mais peut se substituer à d'autres cations beaucoup moins courants : \(\textrm{Sr}^{2+}\), \(\textrm{Rb}^{+}\) notamment.