Silicate

Da sowohl die Art und Mengenverhältnisse der enthaltenen Metall-Kationen sehr unterschiedlich sein kann wie auch die Struktur der Kieselsäurereste, gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Silicate.
Die drei häufigsten Minerale der Erdkruste sind mit 40 % das Plagioklas $\text{(Na}\left[{\text{AlSi}}_{\text{3}}{\text{O}}_{\text{8}}\right]·\text{Ca}\left[{\text{Al}}_{\text{2}}{\text{Si}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{8}}\right]\text{)};$ mit Raumnetzstruktur, mit 22 % der Kalifeldspat $\text{(K}\left[{\text{AlSi}}_{\text{3}}{\text{O}}_{\text{8}}\right])$ mit Schichtstruktur und mit 18 % der Quarz ${\text{(SiO}}_{\text{2}}\text{)}$mit Raumnetzstruktur.

Silicate als Baustoffe

Wegen ihrer häufigen Vorkommen und interessanten Eigenschaften werden Silicate seit langer Zeit als Werkstoffe eingesetzt. Die Verwendung beruht vor allem auf den besonderen Eigenschaften der Silicate. Der mengenmäßig größte Sektor ist dabei die Anwendung als Baustoffe mit riesigem Umfang (Sand, Beton, Formsteine wie Ziegel, Gläser). Daneben ist der Bereich der Füllstoffe von großer Bedeutung.

Ton

entsteht bei der Verwitterung von Schichtsilicaten. Er wird seit Jahrtausenden für die Herstellung von Gebrauchsgefäßen eingesetzt, da er leicht Wasser aufnimmt, gut formbar und nach dem Brennen sehr hart ist.

Zement ist eine hochbasiche Verbindung aus Kalkstein und aluminium- und eisenhaltigen Silicaten. Zement ist inzwischen der wichtigste Baustoff. Er enthält das basische Oxid CaO sowie die sauren Oxide ${\text{SiO}}_{\text{2}}\text{,}{\text{Al}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}\text{und}{\text{Fe}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}$ im Verhältnis von etwa 70:30 (basisches Oxid:saures Oxid).
Technisch entsteht Zement beim Brennen (>1400°C) von Ton unter Zusatz von Aluminium und Eisen(III)oxid in Gegenwart von Kalkstein. Das Produkt besteht dann überwiegend aus Tricalciumsilicaten $\text{(3}\text{CaO}·{\text{SiO}}_{\text{2}}\text{)}$, Dicalciumsilicaten und anderen Phasen $\text{(3 CaO}·{\text{ Al}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}\text{, 3 CaO}·{\text{ Fe}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}\text{)}\text{.}$Das Produkt härtet an Luft, aber auch unter Wasser aus. Die Verfestigung beruht vor allem auf der Bildung von wasserhaltigen Monocalciumsilicaten. Diese gelartigen Minerale weisen faserige fein verästelte semikristalline Strukturen auf, die wie Leim wirken und so die Zuschlagsstoffe verkitten, was zu einem steinharten Produkt führt. Zusätzlich wandelt sich das bei der Härtung freigesetzte Calciumhydroxid ${\text{(Ca(OH)}}_{\text{2}})$ unter Kohlenstoffdioxidaufnahme in Calciuncarbonat ${\text{(CaCO}}_{\text{3}})$ um, dessen Kristalle zusätzlich in das Silicatgerüst eingebaut werden.

Zeolithe

Zeolithe sind natürliche oder synthetische Gerüstsilicate. Wesentlich ist, dass ein Teil der Siliciumatome durch Aluminiumatome ausgetauscht ist. Da auch das dreiwertige Aluminium tetraedrisch von vier Sauerstoffatomen umgeben ist, kommt es zwangsläufig zur Ausbildung von elektrisch negativ geladenen Stellen im Gitter. Durch den Einbau von Kationen werden diese negativen Ladungen dann kompensiert, wobei man durch die Wahl des Kations die Eigenschaften gezielt modifizieren kann.
Typisch sind die zahlreichen Hohlräume im Zeolithgitter. Sie sind hochporös und von zahlreichen submikroskopischen Kanälen durchzogen.
Daher hat ein Zeolith im Vergleich zu seiner Masse eine riesige innere Oberfläche. 8 g eines Zeoliths können die innere Oberfläche von der Größe eines Fußballfeldes aufweisen! Solche Zeolithe sind als Molekularsiebe, Ionenaustauscher oder Katalysatoren besonders effektiv.

Molekularsiebe

Die Porenöffnung des Zeolithen ist ausschlaggebend für die Größe des Moleküls, das gerade noch eindringen und adsorbiert werden kann. Anwendung findet dies in der Technik zur Trennung von Isomerengemischen z. B. bei Alkanen.