Glineni minerali: klasifikacija, sastav, svojstva i primjena

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-02-12 08:08

Glineni minerali su vodeni aluminijevi filosilikati, ponekad s raznim nečistoćama željeza, magnezija, alkalijskih i zemnoalkalijskih metala i drugih kationa koji se nalaze na ili blizu nekih planetarnih površina.

Nastaju u prisutnosti vode, a nekada su bili važni za nastanak života, zbog čega ih mnoge teorije abiogeneze uključuju u ovaj proces. Važni su sastojci tla i od davnina su bili korisni za ljude u poljoprivredi i proizvodnji.

Obrazovanje

Gline tvore ravne šesterokutne ploče slične liskunima. Minerali gline uobičajeni su proizvodi trošenja (uključujući trošenje feldspata) i niskotemperaturni proizvodi hidrotermalnih promjena. Vrlo su česti u tlima, u sitnozrnatim sedimentnim stijenama kao što su škriljci, muljci i muljci, kao i u sitnozrnatim metamorfnim škriljevcima i filitima.

Značajke

Glineni minerali su obično (ali ne nužno) ultra fine veličine. Općenito se smatra da su manji od 2 mikrometra u standardnoj klasifikaciji veličine čestica, tako da mogu biti potrebne posebne analitičke tehnike za njihovu identifikaciju i proučavanje. To uključuje difrakciju X zraka, tehnike difrakcije elektrona, različite spektroskopske metode kao što su Mössbauerova spektroskopija, infracrvena spektroskopija, Raman spektroskopija i SEM-EDS ili automatizirani mineraloški procesi. Ove metode mogu se nadopuniti mikroskopijom polariziranog svjetla, tradicionalnom tehnikom koja utvrđuje temeljne fenomene ili petrološke odnose.

Distribucija

S obzirom na potrebu za vodom, minerali gline su relativno rijetki u Sunčevom sustavu, iako su široko rasprostranjeni na Zemlji, gdje voda stupa u interakciju s drugim mineralima i organskom tvari. Također su pronađeni na nekoliko mjesta na Marsu. Spektrografija je potvrdila njihovu prisutnost na asteroidima i planetoidima, uključujući patuljasti planet Ceres i Tempel 1, te Jupiterov mjesec Europa.

Klasifikacija

Glavni minerali gline uključeni su u sljedeće skupine:

Kaoline grupa, koja uključuje minerale kaolinit, dikit, haloizit i nakrit (polimorfi Al2Si2O5 (OH) 4). Neki izvori uključuju skupinu kaolinit-serpentin zbog strukturne sličnosti (Bailey1980).
Smektitna grupa, koja uključuje dioktaedarske smektite kao što su montmorilonit, nontronit i beidelit i trioktaedarske smektite kao što je saponit. Godine 2013. analitička ispitivanja rovera Curiosity otkrila su rezultate koji su u skladu s prisutnošću minerala smektitne gline na planetu Mars.
Illite grupa, koja uključuje glinene liskune. Ilit je jedini uobičajeni mineral u ovoj skupini.
Skupina klorita uključuje širok raspon sličnih minerala sa značajnim kemijskim varijacijama.

Druge vrste

Postoje i druge vrste ovih minerala kao što su sepiolit ili atapulgit, gline s dugim vodenim kanalima unutarnje strukture. Za većinu navedenih skupina relevantne su varijacije miješane gline. Redoslijed je opisan kao nasumični ili redoviti redoslijed, a dalje je opisan izrazom "Reichweit", što na njemačkom znači "raspon" ili "pokriće". Literaturni članci se odnose, na primjer, na naručeni ilit-smektit R1. Ova vrsta je uključena u kategoriju ISISIS. R0, s druge strane, opisuje slučajni poredak. Osim ovih, možete pronaći i druge proširene vrste naručivanja (R3, itd.). Mješoviti slojevi glinenih minerala, koji su savršeni tipovi R1, često dobivaju svoja imena. R1 naručeni klorit-smektit poznat je kao korenzit, R1 - ilit-smektit - rektorit.

Povijest studija

Poznavanje prirode gline postalo je razumljivije1930-ih s razvojem tehnologija difrakcije rendgenskih zraka potrebnih za analizu molekularne prirode čestica gline. Standardizacija terminologije pojavila se i tijekom tog razdoblja, s posebnom pažnjom na slične riječi koje su dovele do zbrke kao što su list i ravnina.

Poput svih filosilikata, minerale gline karakteriziraju dvodimenzionalni listovi SiO4 kutnih tetraedara i/ili AlO4 oktaedara. Blokovi lima imaju kemijski sastav (Al, Si) 3O4. Svaki silicijski tetraedar dijeli 3 svoja vrhovna atoma kisika s drugim tetraedrima, tvoreći heksagonalnu rešetku u dvije dimenzije. Četvrti vrh ne dijeli se s drugim tetraedrom, a svi tetraedri "usmjeravaju" u istom smjeru. Svi nepodijeljeni vrhovi nalaze se na istoj strani lista.

Struktura

U glinama, tetraedarski listovi su uvijek vezani za oktaedarske listove, formirane od malih kationa kao što su aluminij ili magnezij, a koordinirani sa šest atoma kisika. Usamljeni vrh tetraedarske ploče također čini dio jedne strane oktaedra, ali dodatni atom kisika nalazi se iznad praznine u tetraedarskom listu u središtu šest tetraedara. Ovaj atom kisika vezan je za atom vodika koji tvori OH skupinu u strukturi gline.

Gline se mogu kategorizirati prema načinu na koji su tetraedarski i oktaedarski listovi pakirani u slojeve. Ako svaki sloj ima samo jednu tetraedarsku i jednu oktaedarsku grupu, tada pripada kategoriji 1:1. Alternativa poznata kao glina 2:1 ima dva tetraedarska lista snepodijeljeni vrh svakog od njih, usmjeren jedan prema drugome i tvoreći svaku stranu osmerokutnog lista.

Veza između tetraedarskog i oktaedarskog lista zahtijeva da tetraedarski list postane valovit ili uvijen, uzrokujući ditrigonalno izobličenje heksagonalne matrice i spljoštavanje oktaedarskog lista. Ovo minimizira cjelokupno valentno izobličenje kristalita.

Ovisno o sastavu tetraedarskih i oktaedarskih listova, sloj neće imati naboj ili će imati negativan naboj. Ako su slojevi nabijeni, taj se naboj uravnotežuje međuslojnim kationima kao što su Na+ ili K+. U svakom slučaju, međusloj može također sadržavati vodu. Kristalna struktura je formirana od hrpe slojeva smještenih između drugih slojeva.

Kemija gline

Budući da je većina glina napravljena od minerala, ima visoku biokompatibilnost i zanimljiva biološka svojstva. Zbog svog oblika diska i nabijenih površina, glina stupa u interakciju sa širokim rasponom makromolekula kao što su proteini, polimeri, DNK, itd. Neke od primjena gline uključuju isporuku lijekova, inženjering tkiva i biotisak.

Kemija gline je primijenjena disciplina kemije koja proučava kemijske strukture, svojstva i reakcije gline, kao i strukturu i svojstva minerala gline. To je interdisciplinarno područje koje uključuje koncepte i znanja iz anorganskog i strukturalnogkemija, fizikalna kemija, kemija materijala, analitička kemija, organska kemija, mineralogija, geologija i ostalo.

Proučavanje kemije (i fizike) glina i strukture minerala gline od velike je akademske i industrijske važnosti, budući da su oni među najraširenijim industrijskim mineralima koji se koriste kao sirovine (keramika itd.), adsorbenti, katalizatori itd.

Važnost znanosti

Jedinstvena svojstva minerala gline u tlu, kao što su slojevita struktura nanometarske skale, prisutnost fiksnih i izmjenjivih naboja, sposobnost adsorbiranja i zadržavanja (interkaliranja) molekula, sposobnost formiranja stabilnih koloidnih disperzija, mogućnost individualne površinske modifikacije i međuslojne kemijske modifikacije, a drugi čine da je proučavanje kemije gline vrlo važno i iznimno raznoliko polje studija.

Mnoga su različita područja znanja pod utjecajem fizikalno-kemijskog ponašanja minerala gline, od znanosti o okolišu do kemijskog inženjerstva, od keramike do upravljanja nuklearnim otpadom.

Njihov kapacitet kationske izmjene (CEC) od velike je važnosti za balansiranje najzastupljenijih kationa u tlu (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) i kontrolu pH, što izravno utječe na plodnost tla. Proučavanje gline (i minerala) također igra važnu ulogu u suočavanju s Ca2+, koji obično dolazi s kopna (riječne vode) u mora. Sposobnost modificiranja i kontrole sastava i sadržaja minerala nudi vrijedan alat u razvojuselektivni adsorbenti s različitim primjenama, kao što je, na primjer, stvaranje kemijskih senzora ili sredstava za čišćenje kontaminirane vode. Ova znanost također igra veliku ulogu u klasifikaciji grupa minerala gline.