Glineni minerali: razvrstitev, sestava, lastnosti in uporaba

2024 Avtor: Henry Conors | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-02-12 12:31

Glineni minerali so vodni aluminijevi filosilikati, včasih z različnimi nečistočami železa, magnezija, alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin ter drugih kationov, ki jih najdemo na ali blizu nekaterih planetarnih površin.

Nastanejo v prisotnosti vode in so bili nekoč pomembni za nastanek življenja, zato jih številne teorije abiogeneze vključujejo v ta proces. So pomembne sestavine tal in so bile za ljudi koristne že od antičnih časov v kmetijstvu in proizvodnji.

Izobraževanje

Gline tvorijo ravne šesterokotne plošče, podobne sljudi. Minerali gline so običajni produkti preperevanja (vključno s preperevanjem feldspar) in nizkotemperaturni produkti hidrotermalnih sprememb. Zelo pogosti so v tleh, v drobnozrnatih sedimentnih kamninah, kot so skrilavci, blatni kamni in muljeviti, pa tudi v drobnozrnatih metamorfnih skrilavcih in filitih.

Funkcije

Glineni minerali so običajno (vendar ne nujno) ultra drobne velikosti. Na splošno velja, da so v standardni klasifikaciji velikosti delcev manjši od 2 mikrometra, zato bodo morda potrebne posebne analitične tehnike za njihovo prepoznavanje in preučevanje. Sem spadajo difrakcija rentgenskih žarkov, tehnike elektronske difrakcije, različne spektroskopske metode, kot so Mössbauerjeva spektroskopija, infrardeča spektroskopija, Ramanova spektroskopija in SEM-EDS, ali avtomatizirani mineraloški procesi. Te metode je mogoče dopolniti s polarizirano svetlobno mikroskopijo, tradicionalno tehniko, ki ugotavlja temeljne pojave ali petrološke odnose.

Distribucija

Gledeči minerali so glede na potrebo po vodi relativno redki v sončnem sistemu, čeprav so zelo razširjeni na Zemlji, kjer voda komunicira z drugimi minerali in organskimi snovmi. Našli so jih tudi na več mestih na Marsu. Spektrografija je potrdila njihovo prisotnost na asteroidih in planetoidih, vključno s pritlikavima planetoma Ceres in Tempel 1 ter Jupitrovo luno Europa.

Razvrstitev

Glavni glineni minerali so vključeni v naslednje skupine:

Kaolinska skupina, ki vključuje minerale kaolinit, dikit, haloizit in nakrit (polimorfi Al2Si2O5 (OH) 4). Nekateri viri vključujejo skupino kaolinit-serpentin zaradi strukturne podobnosti (Bailey1980).
Smektitna skupina, ki vključuje dioktaedrične smektite, kot so montmorilonit, nontronit in beidelit ter trioktaedrične smektite, kot je saponit. Leta 2013 so analitični testi roverja Curiosity pokazali rezultate, ki so skladni s prisotnostjo mineralov smektitne gline na planetu Mars.
Illite skupina, ki vključuje glinene sljude. Ilit je edini pogost mineral v tej skupini.
Skupina kloritov vključuje široko paleto podobnih mineralov s pomembnimi kemičnimi variacijami.

Druge vrste

Obstajajo tudi druge vrste teh mineralov, kot so sepiolit ali atapulgit, gline z dolgimi vodnimi kanali znotraj strukture. Različice mešane gline so pomembne za večino prej omenjenih skupin. Razvrščanje je opisano kot naključno ali redno razvrščanje in je nadalje opisano z izrazom "Reichweit", kar v nemščini pomeni "razpon" ali "pokritje". Literaturni članki se na primer nanašajo na naročeni ilit-smektit R1. Ta vrsta je vključena v kategorijo ISISIS. R0 po drugi strani opisuje naključno razvrščanje. Poleg teh lahko najdete tudi druge razširjene vrste naročanja (R3 itd.). Minerali mešane plasti gline, ki so popolne vrste R1, pogosto dobijo svoja imena. R1 urejen klorit-smektit je znan kot korenzit, R1 - ilit-smektit - rektorit.

zgodovina študija

Poznavanje narave gline je postalo bolj razumljivov tridesetih letih prejšnjega stoletja z razvojem tehnologij rentgenske difrakcije, potrebnih za analizo molekularne narave glinenih delcev. V tem obdobju se je pojavila tudi standardizacija terminologije, s posebnim poudarkom na podobnih besedah, ki so povzročile zmedo, kot sta list in ravnina.

Tako kot vsi filosilikati so za glinene minerale značilni dvodimenzionalni listi SiO4 kotnih tetraedrov in/ali oktaedrov AlO4. Pločasti bloki imajo kemično sestavo (Al, Si) 3O4. Vsak silicijev tetraeder si deli 3 svoje vertex atome kisika z drugimi tetraedri, ki tvorijo šesterokotno mrežo v dveh dimenzijah. Četrto oglišče ni v skupni rabi z drugim tetraedrom in vsi tetraedri "obrnejo" v isto smer. Vsa nerazdeljena oglišča so na isti strani lista.

Struktura

V glinah so tetraedrične plošče vedno vezane na oktaedrske plošče, ki so oblikovane iz majhnih kationov, kot sta aluminij ali magnezij, in usklajene s šestimi atomi kisika. Osamljeno oglišče tetraedrske plošče je tudi del ene strani oktaedra, vendar se dodatni atom kisika nahaja nad režo v tetraedrski plošči v središču šestih tetraedrov. Ta atom kisika je vezan na atom vodika, ki tvori skupino OH v strukturi gline.

Gline je mogoče razvrstiti glede na to, kako so tetraedrične in oktaedrske plošče pakirane v plasti. Če ima vsaka plast samo eno tetraedrsko in eno oktaedrsko skupino, potem spada v kategorijo 1:1. Alternativa, znana kot glina 2:1, ima dve tetraedrski plošči znerazdeljeno oglišče vsakega od njih, usmerjeno drug proti drugemu in tvori vsako stran osmerokotne plošče.

Povezava med tetraedričnim in oktaedrskim listom zahteva, da tetraedrska plošča postane valovita ali zvita, kar povzroči ditrigonalno popačenje šesterokotne matrike in oktaedrično ploščo splošči. To zmanjša celotno valenčno popačenje kristalita.

Odvisno od sestave tetraedrične in oktaedrske plošče plast ne bo imela naboja ali pa bo imela negativen naboj. Če so plasti napolnjene, je ta naboj uravnotežen z medplastnimi kationi, kot sta Na+ ali K+. V vsakem primeru lahko vmesna plast vsebuje tudi vodo. Kristalna struktura je sestavljena iz niza plasti, ki se nahajajo med drugimi plastmi.

Kemija gline

Ker je večina gline narejena iz mineralov, imajo visoko biokompatibilnost in zanimive biološke lastnosti. Zaradi svoje oblike diska in nabitih površin je glina v interakciji s širokim naborom makromolekul, kot so beljakovine, polimeri, DNK itd. Nekatere aplikacije za gline vključujejo dostavo zdravil, tkivno inženirstvo in biotisk.

Kemija gline je uporabna disciplina kemije, ki proučuje kemične strukture, lastnosti in reakcije gline ter strukturo in lastnosti mineralov gline. Je interdisciplinarno področje, ki vključuje koncepte in znanja iz anorganskega in strukturnegakemija, fizikalna kemija, kemija materialov, analitična kemija, organska kemija, mineralogija, geologija in drugo.

Proučevanje kemije (in fizike) gline in strukture glinenih mineralov je velikega akademskega in industrijskega pomena, saj sodijo med najbolj razširjene industrijske minerale, ki se uporabljajo kot surovine (keramika itd.), adsorbenti, katalizatorji itd.

Pomen znanosti

Edinstvene lastnosti mineralov gline v tleh, kot so plastna struktura nanometrske skale, prisotnost fiksnih in zamenljivih nabojev, sposobnost adsorbiranja in zadrževanja (interkalacije) molekul, sposobnost tvorbe stabilnih koloidnih disperzij, možnost individualne površinske modifikacije in medplastne kemične modifikacije, zaradi drugih pa je študij kemije gline zelo pomembno in izjemno raznoliko študijsko področje.

Fizikalno-kemijsko obnašanje glinenih mineralov vpliva na številna različna področja znanja, od znanosti o okolju do kemijskega inženiringa, od keramike do ravnanja z jedrskimi odpadki.

Njihova kationska izmenjevalna sposobnost (CEC) je velikega pomena pri uravnavanju najbolj razširjenih kationov v tleh (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) in nadzoru pH, ki neposredno vpliva na rodovitnost tal. Proučevanje gline (in mineralov) ima pomembno vlogo tudi pri obravnavi Ca2+, ki običajno prihaja s kopnega (rečne vode) v morja. Sposobnost spreminjanja in nadzora sestave in vsebnosti mineralov je dragoceno orodje pri razvojuselektivni adsorbenti z različnimi aplikacijami, kot je na primer izdelava kemičnih senzorjev ali čistilnih sredstev za kontaminirano vodo. Ta znanost igra tudi veliko vlogo pri razvrščanju skupin glinenih mineralov.