Minerały ilaste: klasyfikacja, skład, właściwości i zastosowania

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-12 11:41

Minerały gliny to wodne krzemiany glinu, czasami z różnymi zanieczyszczeniami żelaza, magnezu, metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych oraz innymi kationami znajdującymi się na lub w pobliżu niektórych powierzchni planet.

Powstają w obecności wody i były kiedyś ważne dla powstania życia, dlatego wiele teorii abiogenezy uwzględnia je w tym procesie. Są ważnymi składnikami gleb i są korzystne dla ludzi od czasów starożytnych w rolnictwie i produkcji.

Edukacja

Glinki tworzą płaskie sześciokątne arkusze podobne do miki. Minerały ilaste są powszechnymi produktami wietrzenia (w tym wietrzenia skaleni) i niskotemperaturowymi produktami przemian hydrotermalnych. Występują bardzo często w glebach, w drobnoziarnistych skałach osadowych, takich jak łupki, mułowce i mułowce, a także w drobnoziarnistych łupkach metamorficznych i fyllitach.

Funkcje

Minerały ilaste są zazwyczaj (ale niekoniecznie) bardzo drobne. Ogólnie uważa się, że w standardowej klasyfikacji wielkości cząstek są one mniejsze niż 2 mikrometry, więc do ich identyfikacji i badania mogą być wymagane specjalne techniki analityczne. Należą do nich dyfrakcja rentgenowska, techniki dyfrakcji elektronów, różne metody spektroskopowe, takie jak spektroskopia mössbauerowska, spektroskopia w podczerwieni, spektroskopia Ramana i SEM-EDS, czy zautomatyzowane procesy mineralogiczne. Metody te można uzupełnić mikroskopią w świetle spolaryzowanym, tradycyjną techniką, która ustala fundamentalne zjawiska lub związki petrologiczne.

Dystrybucja

Biorąc pod uwagę zapotrzebowanie na wodę, minerały ilaste są stosunkowo rzadkie w Układzie Słonecznym, chociaż są szeroko rozpowszechnione na Ziemi, gdzie woda wchodzi w interakcje z innymi minerałami i materią organiczną. Znaleziono je również w kilku miejscach na Marsie. Spektrografia potwierdziła ich obecność na asteroidach i planetoidach, w tym na planecie karłowatej Ceres i Tempel 1 oraz na księżycu Jowisza w Europie.

Klasyfikacja

Główne minerały ilaste należą do następujących klastrów:

• Grupa kaolinowa, która obejmuje minerały kaolinit, dykit, haloizyt i nakryt (polimorfy Al2Si2O5 (OH) 4). Niektóre źródła obejmują grupę kaolinitowo-serpentynową ze względu na podobieństwo strukturalne (Bailey1980).
• Grupa smektytów, która obejmuje smektyty dioktaedryczne, takie jak montmorylonit, nontronit i beidellit oraz smektyty trioktaedryczne, takie jak saponit. W 2013 roku testy analityczne przeprowadzone przez łazik Curiosity wykazały wyniki zgodne z obecnością minerałów gliny smektytowej na planecie Mars.
• Grupa Illite obejmująca miki gliniane. Illite to jedyny pospolity minerał w tej grupie.
• Grupa chlorytów obejmuje szeroką gamę podobnych minerałów o znacznej zmienności chemicznej.

Inne gatunki

Istnieją inne rodzaje tych minerałów, takie jak sepiolit lub attapulgit, glinki z długimi kanałami wodnymi w wewnętrznej strukturze. Różnice w glinie mieszanej są istotne dla większości z wyżej wymienionych grup. Porządkowanie jest określane jako kolejność losowa lub regularna i jest dalej określane terminem „Reichweit”, co w języku niemieckim oznacza „zasięg” lub „zasięg”. Artykuły literaturowe odnoszą się na przykład do uporządkowanego illit-smektytu R1. Ten typ należy do kategorii ISISIS. Z drugiej strony R0 opisuje losową kolejność. Oprócz tego można również znaleźć inne rozszerzone typy zamawiania (R3 itp.). Minerały ilaste o mieszanej warstwie, które są doskonałymi rodzajami R1, często otrzymują swoje własne nazwy. Uporządkowany chloryt-smektyt R1 jest znany jako corrensite, R1 - illit-smektyt - rektoryt.

Historia badań

Wiedza o naturze gliny stała się bardziej zrozumiaław latach 30. XX wieku wraz z rozwojem technologii dyfrakcji rentgenowskiej potrzebnej do analizy molekularnej natury cząstek gliny. W tym okresie pojawiła się również standaryzacja terminologii, ze szczególnym uwzględnieniem podobnych słów, które prowadziły do zamieszania, takich jak liść i samolot.

Podobnie jak wszystkie krzemiany warstwowe, minerały ilaste charakteryzują się dwuwymiarowymi arkuszami czworościanów narożnych SiO4 i/lub oktaedrów AlO4. Bloczki mają skład chemiczny (Al, Si) 3O4. Każdy czworościan krzemowy dzieli 3 atomy tlenu w wierzchołku z innymi czworościanami, tworząc sześciokątną siatkę w dwóch wymiarach. Czwarty wierzchołek nie jest dzielony z innym czworościanem, a wszystkie czworościany „wskazują” w tym samym kierunku. Wszystkie niepodzielone wierzchołki znajdują się po tej samej stronie arkusza.

Struktura

W glinach arkusze czworościenne są zawsze połączone z arkuszami oktaedrycznymi, utworzonymi z małych kationów, takich jak aluminium lub magnez, i koordynowanych przez sześć atomów tlenu. Samotny wierzchołek arkusza czworościennego również stanowi część jednej strony oktaedrycznej, ale dodatkowy atom tlenu znajduje się powyżej przerwy w arkuszu czworościennym w środku sześciu czworościanów. Ten atom tlenu jest związany z atomem wodoru, który tworzy grupę OH w strukturze gliny.

Glinki można podzielić na kategorie według sposobu, w jaki arkusze czworościenne i ośmiościenne są upakowane w warstwy. Jeśli każda warstwa ma tylko jedną grupę czworościenną i jedną grupę oktaedryczną, to należy do kategorii 1:1. Alternatywa znana jako glina 2:1 ma dwa czworościenne arkusze zniepodzielny wierzchołek każdego z nich, skierowany ku sobie i tworzący każdą stronę ośmiokątnego arkusza.

Połączenie między arkuszami czworościennymi i oktaedrycznymi wymaga, aby arkusz czworościenny został pofałdowany lub skręcony, powodując dwutrygonalne zniekształcenie matrycy sześciokątnej, a arkusz ośmiościenny spłaszczył się. Minimalizuje to ogólne zniekształcenie walencyjne krystalitu.

W zależności od składu arkuszy czworościennych i oktaedrycznych warstwa nie będzie miała ładunku lub będzie miała ładunek ujemny. Jeśli warstwy są naładowane, ładunek ten jest równoważony przez kationy międzywarstwowe, takie jak Na+ lub K+. W każdym przypadku warstwa pośrednia może również zawierać wodę. Strukturę krystaliczną tworzy stos warstw umieszczonych pomiędzy innymi warstwami.

Chemia gliny

Ponieważ większość glinek składa się z minerałów, mają one wysoką biokompatybilność i ciekawe właściwości biologiczne. Ze względu na kształt dysku i naładowane powierzchnie glinka oddziałuje z szeroką gamą makrocząsteczek, takich jak białka, polimery, DNA itp. Niektóre z zastosowań glinek obejmują dostarczanie leków, inżynierię tkankową i biodrukowanie.

Chemia gliny to stosowana dyscyplina chemii, która bada struktury chemiczne, właściwości i reakcje gliny, a także strukturę i właściwości minerałów ilastych. Jest to dziedzina interdyscyplinarna, obejmująca koncepcje i wiedzę z dziedziny nieorganicznej i strukturalnejchemia, chemia fizyczna, chemia materiałów, chemia analityczna, chemia organiczna, mineralogia, geologia i inne.

Badanie chemii (i fizyki) gliny i struktury minerałów ilastych ma ogromne znaczenie akademickie i przemysłowe, ponieważ należą one do najczęściej stosowanych minerałów przemysłowych stosowanych jako surowce (ceramika itp.), adsorbenty, katalizatory itp.

Znaczenie nauki

Unikalne właściwości minerałów gliniastych glebowych, takie jak warstwowa struktura w skali nanometrycznej, obecność stałych i wymiennych ładunków, zdolność do adsorpcji i zatrzymywania (interkalacji) cząsteczek, zdolność do tworzenia stabilnych dyspersji koloidalnych, możliwość indywidualnej modyfikacji powierzchni oraz chemicznej modyfikacji międzywarstwowej i innych sprawiają, że badanie chemii gliny jest bardzo ważną i niezwykle różnorodną dziedziną nauki.

Fizykochemiczne zachowanie minerałów ilastych wpływa na wiele różnych dziedzin wiedzy, od nauk o środowisku po inżynierię chemiczną, od ceramiki po gospodarkę odpadami radioaktywnymi.

Ich zdolność wymiany kationów (CEC) ma ogromne znaczenie w równoważeniu najliczniejszych kationów w glebie (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) i kontroli pH, co bezpośrednio wpływa na żyzność gleby. Badanie gliny (i minerałów) odgrywa również ważną rolę w radzeniu sobie z Ca2+, który zwykle pochodzi z lądu (woda rzeczna) do mórz. Możliwość modyfikowania i kontrolowania składu i zawartości minerałów stanowi cenne narzędzie w rozwojuselektywne adsorbenty o różnych zastosowaniach, takich jak np. tworzenie czujników chemicznych czy środków czyszczących do zanieczyszczonej wody. Nauka ta odgrywa również ogromną rolę w klasyfikacji grup minerałów ilastych.