Minerale argiloase: clasificare, compoziție, proprietăți și aplicații

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-02-12 12:04

Mineralele argiloase sunt filosilicați apoși de aluminiu, uneori cu diverse impurități de fier, magneziu, metale alcaline și alcalino-pământoase și alți cationi găsiți pe sau în apropierea unor suprafețe planetare.

Se formează în prezența apei și au fost cândva importante pentru apariția vieții, motiv pentru care multe teorii ale abiogenezei le includ în acest proces. Sunt constituenți importanți ai solurilor și au fost benefice oamenilor din cele mai vechi timpuri în agricultură și producție.

Educație

Argile formează foi plate hexagonale asemănătoare cu mica. Mineralele argiloase sunt produse obișnuite de intemperii (inclusiv intemperii cu feldspat) și produse de temperatură scăzută ai alterării hidrotermale. Sunt foarte frecvente în sol, în rocile sedimentare cu granulație fină, cum ar fi șisturile, noroiurile și siltstones, precum și în șisturile metamorfice și filitele cu granulație fină.

Funcții

Mineralele de argilă sunt de obicei (dar nu neapărat) de dimensiuni ultrafine. În general, ele sunt considerate a fi mai mici de 2 micrometri în clasificarea standard a dimensiunii particulelor, așa că pot fi necesare tehnici analitice speciale pentru a le identifica și studia. Acestea includ difracția cu raze X, tehnicile de difracție a electronilor, diverse metode spectroscopice, cum ar fi spectroscopia Mössbauer, spectroscopia în infraroșu, spectroscopia Raman și SEM-EDS sau procesele de mineralogie automate. Aceste metode pot fi completate cu microscopia cu lumină polarizată, o tehnică tradițională care stabilește fenomene fundamentale sau relații petrologice.

Distribuție

Având în vedere nevoia de apă, mineralele argiloase sunt relativ rare în sistemul solar, deși sunt răspândite pe Pământ, unde apa interacționează cu alte minerale și materia organică. Au fost găsite și în mai multe locuri de pe Marte. Spectrografia a confirmat prezența lor pe asteroizi și planetoizi, inclusiv pe planeta pitică Ceres și Tempel 1 și pe luna Europa a lui Jupiter.

Clasificare

Mineralele principale de argilă sunt incluse în următoarele grupuri:

• Grupul caolinului, care include mineralele caolinit, dickit, haloysit și nakrit (polimorfi ai Al2Si2O5 (OH) 4). Unele surse includ grupul caolinit-serpentină datorită asemănării structurale (Bailey1980).

Grupa

• Smectite, care include smectite dioctaedrice, cum ar fi montmorillonitul, nontronitul și beidellitul și smectitele trioctaedrice, cum ar fi saponitul. În 2013, testele analitice ale roverului Curiosity au găsit rezultate în concordanță cu prezența mineralelor de argilă smectită pe planeta Marte.
• Grupul Illite, care include mica de argilă. Ilitul este singurul mineral comun din acest grup.
• Grupul clorit include o gamă largă de minerale similare cu variații chimice semnificative.

Alte specii

Există și alte tipuri de aceste minerale, cum ar fi sepiolitul sau atapulgita, argile cu canale lungi de apă în structură. Variațiile de argilă cu strat mixt sunt relevante pentru majoritatea grupurilor menționate mai sus. Ordinea este descrisă ca ordine aleatorie sau obișnuită și este descrisă în continuare prin termenul „Reichweit”, care înseamnă „interval” sau „acoperire” în germană. Articolele din literatură se referă, de exemplu, la comandat illite-smectite R1. Acest tip este inclus în categoria ISISIS. R0, pe de altă parte, descrie o ordonare aleatorie. Pe lângă acestea, puteți găsi și alte tipuri de comandă extinsă (R3 etc.). Mineralele argiloase cu strat mixt, care sunt tipuri perfecte de R1, primesc adesea propriile nume. Clorit-smectită comandată R1 este cunoscută sub numele de corensit, R1 - illit-smectită - rectorită.

Istoricul studiului

Cunoașterea naturii argilei a devenit mai ușor de înțelesîn anii 1930, odată cu dezvoltarea tehnologiilor de difracție cu raze X necesare pentru a analiza natura moleculară a particulelor de argilă. Standardizarea terminologiei a apărut și în această perioadă, cu o atenție deosebită acordată cuvintelor similare care au dus la confuzie, cum ar fi frunză și avion.

Ca toți filosilicații, mineralele argiloase sunt caracterizate prin foi bidimensionale de tetraedre de colț SiO4 și/sau octaedre de AlO4. Blocurile de tablă au o compoziție chimică (Al, Si) 3O4. Fiecare tetraedru de siliciu împărtășește 3 dintre atomii de oxigen din vârf cu alte tetraedre, formând o rețea hexagonală în două dimensiuni. Al patrulea vârf nu este împărtășit cu un alt tetraedru și toate tetraedrele „îndreptează” în aceeași direcție. Toate vârfurile nedivizate sunt pe aceeași parte a foii.

Structură

În argile, foile tetraedrice sunt întotdeauna legate de foile octaedrice, formate din cationi mici, cum ar fi aluminiul sau magneziul, și coordonate de șase atomi de oxigen. Vârful singur al foii tetraedrice face, de asemenea, parte dintr-o latură a octaedrului, dar atomul de oxigen suplimentar este situat deasupra golului din foaia tetraedrică în centrul celor șase tetraedre. Acest atom de oxigen este legat de atomul de hidrogen care formează gruparea OH în structura de argilă.

Argile pot fi clasificate în funcție de modul în care foile tetraedrice și octaedrice sunt împachetate în straturi. Dacă fiecare strat are doar un grup tetraedric și un grup octaedric, atunci acesta aparține categoriei 1:1. O alternativă cunoscută sub numele de argilă 2:1 are două foi tetraedrice cuvârful nedivizat al fiecăruia dintre ele, îndreptat unul spre celăl alt și formând fiecare latură a foii octogonale.

Conexiunea dintre foile tetraedrice și octaedrice necesită ca foaia tetraedrică să devină ondulată sau răsucită, provocând distorsiunea ditrigonală a matricei hexagonale și aplatizarea foii octaedrice. Acest lucru reduce la minimum distorsiunea generală de valență a cristalitului.

În funcție de compoziția foilor tetraedrice și octaedrice, stratul va avea nicio sarcină sau va avea una negativă. Dacă straturile sunt încărcate, această încărcare este echilibrată de cationi interstrat, cum ar fi Na+ sau K+. În fiecare caz, stratul intermediar poate conține și apă. Structura cristalină este formată dintr-un teanc de straturi situate între alte straturi.

Chimie argilei

Deoarece majoritatea argilelor sunt făcute din minerale, au o biocompatibilitate ridicată și proprietăți biologice interesante. Datorită formei discului și suprafețelor încărcate, argila interacționează cu o gamă largă de macromolecule, cum ar fi proteine, polimeri, ADN etc. Unele dintre aplicațiile pentru argile includ livrarea de medicamente, ingineria țesuturilor și bioprintarea.

Chimia argilei este o disciplină aplicată a chimiei care studiază structurile chimice, proprietățile și reacțiile argilei, precum și structura și proprietățile mineralelor argiloase. Este un domeniu interdisciplinar, care încorporează concepte și cunoștințe din cele anorganice și structuralechimie, chimie fizică, chimia materialelor, chimie analitică, chimie organică, mineralogie, geologie și altele.

Studiul chimiei (și fizicii) argilelor și al structurii mineralelor argiloase are o mare importanță academică și industrială, deoarece acestea se numără printre cele mai utilizate minerale industriale utilizate ca materii prime (ceramica etc.), adsorbanți, catalizatori etc.

Importanța științei

Proprietățile unice ale mineralelor argiloase din sol, cum ar fi structura stratificată a scării nanometrice, prezența sarcinilor fixe și interschimbabile, capacitatea de a adsorbi și reține (intercala) molecule, capacitatea de a forma dispersii coloidale stabile, posibilitatea modificării individuale a suprafeței și a modificării chimice interstraturilor și altele fac ca studiul chimiei argilei să fie un domeniu de studiu foarte important și extrem de divers.

Multe domenii diferite de cunoaștere sunt influențate de comportamentul fizico-chimic al mineralelor argiloase, de la științele mediului la inginerie chimică, de la ceramică la gestionarea deșeurilor nucleare.

Capacitatea lor de schimb cationic (CEC) este de mare importanță în echilibrarea celor mai abundenți cationi din sol (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) și controlul pH-ului, care afectează direct fertilitatea solului. Studiul argilelor (și mineralelor) joacă, de asemenea, un rol important în tratarea Ca2+, care vine de obicei de pe uscat (apa râului) până în mări. Capacitatea de a modifica și controla compoziția și conținutul de minerale oferă un instrument valoros în dezvoltareadsorbanți selectivi cu diverse aplicații, cum ar fi, de exemplu, crearea de senzori chimici sau agenți de curățare pentru apa contaminată. Această știință joacă, de asemenea, un rol uriaș în clasificarea grupurilor de minerale argiloase.