Glineni minerali: klasifikacija, sastav, svojstva i primjena

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-02-12 04:33

Glineni minerali su vodeni aluminijumski filosilikati, ponekad sa raznim nečistoćama gvožđa, magnezijuma, alkalnih i zemnoalkalnih metala, i drugih kationa koji se nalaze na ili blizu nekih planetarnih površina.

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

Obrazovanje

Gline formiraju ravne šestougaone listove slične liskunima. Minerali gline su uobičajeni proizvodi trošenja (uključujući trošenje feldspata) i niskotemperaturni proizvodi hidrotermalnih promjena. Vrlo su česti u tlima, u sitnozrnim sedimentnim stijenama kao što su škriljci, muljovi i alevori, kao i u sitnozrnim metamorfnim škriljcima i filitima.

Karakteristike

Glineni minerali su tipično (ali ne nužno) ultra fine veličine. Općenito se smatra da su oni 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 rendgenskih 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 biti dopunjene mikroskopijom polariziranog svjetla, tradicionalnom tehnikom koja uspostavlja fundamentalne fenomene ili petrološke odnose.

Distribucija

S obzirom na potrebu za vodom, minerali gline su relativno rijetki u Sunčevom sistemu, iako su široko rasprostranjeni na Zemlji, gdje voda stupa u interakciju s drugim mineralima i organskom materijom. Takođe su pronađeni na nekoliko mesta na Marsu. Spektrografija je potvrdila njihovo prisustvo na asteroidima i planetoidima, uključujući patuljastu planetu Ceres i Tempel 1, i Jupiterov mjesec Evropu.

Klasifikacija

Glavni minerali gline su uključeni u sljedeće klastere:

Kaoline grupa, koja uključuje minerale kaolinit, dikit, haloizit i nakrit (polimorfi Al2Si2O5 (OH) 4). Neki izvori uključuju grupu 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 sa prisustvom minerala smektitne gline na planeti Mars.
Illite grupa, koja uključuje glinene liskune. Ilit je jedini uobičajeni mineral u ovoj grupi.
Grupa hlorita uključuje širok spektar sličnih minerala sa značajnim hemijskim varijacijama.

Druge vrste

Postoje i druge vrste ovih minerala kao što su sepiolit ili atapulgit, gline sa dugim vodenim kanalima unutarnje strukture. Varijacije mješovitog sloja gline relevantne su za većinu prethodno navedenih grupa. Redoslijed je opisan kao nasumičan ili regularan redoslijed i 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.). Minerali mješovitog sloja gline, koji su savršeni tipovi R1, često dobijaju svoja imena. R1 naručeni hlorit-smektit je poznat kao korenzit, R1 - ilit-smektit - rektorit.

Historija studija

Saznanje o prirodi gline postalo je razumljivije1930-ih s razvojem tehnologija difrakcije rendgenskih zraka potrebnih za analizu molekularne prirode čestica gline. Standardizacija terminologije se pojavila i tokom ovog perioda, sa posebnom pažnjom na slične riječi koje su dovele do zabune kao što su list i ravan.

Kao i svi filosilikati, minerale gline karakterišu dvodimenzionalni listovi SiO4 ugaonih tetraedara i/ili AlO4 oktaedara. Limeni blokovi imaju hemijski sastav (Al, Si) 3O4. Svaki silicijumski tetraedar deli 3 svoja vertex atoma kiseonika sa drugim tetraedrima, formirajući heksagonalnu rešetku u dve dimenzije. Četvrti vrh se ne dijeli sa drugim tetraedrom, a svi tetraedri "usmjeravaju" u istom smjeru. Svi nepodijeljeni vrhovi su na istoj strani lista.

Struktura

U glinama, tetraedarski listovi su uvijek vezani za oktaedarske ploče, formirane od malih katjona kao što su aluminij ili magnezijum, a koordinirani sa šest atoma kisika. Usamljeni vrh tetraedarskog lista također čini dio jedne strane oktaedra, ali dodatni atom kisika nalazi se iznad praznine u tetraedaru u centru šest tetraedara. Ovaj atom kiseonika je vezan za atom vodonika koji formira OH grupu u strukturi gline.

Gline se mogu kategorizirati prema tome kako su tetraedarski i oktaedarski listovi spakovani u slojeve. Ako svaki sloj ima samo jednu tetraedarsku i jednu oktaedarsku grupu, onda pripada kategoriji 1:1. Alternativa poznata kao glina 2:1 ima dva tetraedarska lista sanepodijeljeni vrh svakog od njih, usmjeren jedan prema drugom i formirajući svaku stranu osmougaonog lista.

Veza između tetraedarskog i oktaedarskog lista zahtijeva da tetraedarski list postane valovit ili uvrnut, uzrokujući ditrigonalnu distorziju heksagonalne matrice, a oktaedarski list spljošti. Ovo minimizira ukupnu valentnu distorziju kristalita.

U zavisnosti od sastava tetraedarskih i oktaedarskih ploča, sloj neće imati naboj ili će imati negativan naboj. Ako su slojevi nabijeni, ovaj naboj je uravnotežen međuslojnim katjonima kao što su Na+ ili K+. U svakom slučaju, međusloj može sadržavati i vodu. Kristalna struktura je formirana od hrpe slojeva smještenih između drugih slojeva.

Hemija gline

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

Hemija gline je primijenjena disciplina hemije koja proučava hemijske strukture, svojstva i reakcije gline, kao i strukturu i svojstva minerala gline. To je interdisciplinarno polje koje uključuje koncepte i znanja iz neorganskog i strukturalnoghemija, fizička hemija, hemija materijala, analitička hemija, organska hemija, mineralogija, geologija i ostalo.

Proučavanje hemije (i fizike) gline i strukture minerala gline je od velikog akademskog i industrijskog značaja, budući da su oni među najrasprostranjenijim industrijskim mineralima koji se koriste kao sirovine (keramika, itd.), adsorbenti, katalizatori itd.

Važnost nauke

Jedinstvena svojstva minerala gline u tlu, kao što su slojevita struktura nanometarske skale, prisustvo fiksnih i izmjenjivih naboja, sposobnost adsorbiranja i zadržavanja (interkalacije) molekula, sposobnost formiranja stabilnih koloidnih disperzija, mogućnost individualne površinske modifikacije i međuslojne hemijske modifikacije, a drugi čine da je proučavanje hemije gline veoma važno i izuzetno raznoliko polje proučavanja.

Mnoga različita polja znanja su pod uticajem fizičko-hemijskog ponašanja minerala gline, od nauka o životnoj sredini do hemijskog inženjerstva, od keramike do upravljanja nuklearnim otpadom.

Njihov kapacitet kationske izmjene (CEC) je od velike važnosti za balansiranje najzastupljenijih katjona u tlu (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) i kontrolu pH, što direktno utiče na plodnost tla. Proučavanje gline (i minerala) također igra važnu ulogu u suočavanju s Ca2+, koji obično dolazi sa kopna (riječne vode) u mora. Sposobnost modifikacije i kontrole sastava i sadržaja minerala nudi vrijedan alat u razvojuselektivni adsorbenti sa različitim primenama, kao što je, na primer, stvaranje hemijskih senzora ili sredstava za čišćenje kontaminirane vode. Ova nauka takođe igra veliku ulogu u klasifikaciji grupa minerala gline.