Ílové minerály: klasifikácia, zloženie, vlastnosti a použitie

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-02-12 12:17

Ílové minerály sú vodné hliníkové fylosilikáty, niekedy s rôznymi nečistotami železa, horčíka, alkalických kovov a kovov alkalických zemín a inými katiónmi nachádzajúcimi sa na niektorých planetárnych povrchoch alebo v ich blízkosti.

Vznikajú v prítomnosti vody a kedysi boli dôležité pre vznik života, a preto ich mnohé teórie abiogenézy zaraďujú do tohto procesu. Sú dôležitou zložkou pôdy a odpradávna boli prospešné pre ľudí v poľnohospodárstve a výrobe.

Vzdelanie

Íly tvoria ploché šesťhranné pláty podobné sľude. Ílové minerály sú bežné produkty zvetrávania (vrátane zvetrávania živca) a nízkoteplotné produkty hydrotermálnej premeny. Sú veľmi časté v pôdach, v jemnozrnných sedimentárnych horninách, ako sú bridlice, bahniatka a prachovce, ako aj v jemnozrnných metamorfovaných bridliciach a fylitoch.

Funkcie

Ílové minerály sú zvyčajne (ale nie nevyhnutne) veľmi jemné. Vo všeobecnosti sa považujú za menšie ako 2 mikrometre v štandardnej klasifikácii veľkosti častíc, takže na ich identifikáciu a štúdium môžu byť potrebné špeciálne analytické techniky. Patria sem röntgenová difrakcia, techniky elektrónovej difrakcie, rôzne spektroskopické metódy ako Mössbauerova spektroskopia, infračervená spektroskopia, Ramanova spektroskopia a SEM-EDS alebo automatizované mineralogické procesy. Tieto metódy môžu byť doplnené mikroskopiou v polarizovanom svetle, tradičnou technikou, ktorá stanovuje základné javy alebo petrologické vzťahy.

Distribúcia

Vzhľadom na potrebu vody sú ílové minerály v slnečnej sústave pomerne vzácne, hoci sú rozšírené na Zemi, kde voda interaguje s inými minerálmi a organickou hmotou. Našli sa aj na viacerých miestach Marsu. Spektrografia potvrdila ich prítomnosť na asteroidoch a planetoidoch vrátane trpasličích planét Ceres a Tempel 1 a Jupiterovho mesiaca Europa.

Klasifikácia

Hlavné ílové minerály sú zahrnuté v nasledujúcich zoskupeniach:

Kaolínová skupina, ktorá zahŕňa minerály kaolinit, dickit, halloysit a nakrit (polymorfy Al2Si2O5 (OH) 4). Niektoré zdroje zahŕňajú kaolinitovo-serpentínovú skupinu kvôli štruktúrnej podobnosti (Bailey1980).
Skupina smektitov, ktorá zahŕňa dioktaedrické smektity, ako je montmorillonit, nontronit a beidellit, a trioktaedrické smektity, ako je saponit. V roku 2013 našli analytické testy roveru Curiosity výsledky zodpovedajúce prítomnosti smektitových ílových minerálov na planéte Mars.
Skupina Illite, ktorá zahŕňa hlinené sľudy. Illit je jediný bežný minerál v tejto skupine.
Skupina chloritanov zahŕňa širokú škálu podobných minerálov s významnými chemickými variáciami.

Iné druhy

Existujú aj iné typy týchto minerálov, ako je sepiolit alebo attapulgit, íly s dlhými vodnými kanálikmi vo vnútornej štruktúre. Variácie zmiešanej vrstvenej hliny sú relevantné pre väčšinu vyššie uvedených skupín. Zoradenie je opísané ako náhodné alebo pravidelné zoradenie a je ďalej opísané výrazom „Reichweit“, čo v nemčine znamená „rozsah“alebo „pokrytie“. Články v literatúre odkazujú napríklad na objednaný illit-smektit R1. Tento typ je zaradený do kategórie ISISIS. R0 na druhej strane popisuje náhodné usporiadanie. Okrem nich môžete nájsť aj ďalšie rozšírené typy objednávania (R3 atď.). Zmiešané vrstvené ílové minerály, ktoré sú dokonalými typmi R1, často dostávajú svoje vlastné mená. Chlorit-smektit usporiadaný R1 je známy ako correnzit, R1 - illit-smektit - rektorit.

História štúdia

Poznanie povahy hliny sa stalo zrozumiteľnejšímv 30. rokoch 20. storočia s vývojom röntgenových difrakčných technológií potrebných na analýzu molekulárnej povahy ílových častíc. Počas tohto obdobia sa objavila aj štandardizácia terminológie, pričom osobitná pozornosť sa venovala podobným slovám, ktoré viedli k zmätku, ako napríklad list a lietadlo.

Rovnako ako všetky fylosilikáty sú ílové minerály charakterizované dvojrozmernými plátmi rohových tetraédov SiO4 a/alebo oktaérov AlO4. Plechové bloky majú chemické zloženie (Al, Si) 3O4. Každý kremíkový štvorsten zdieľa 3 svoje vrcholové atómy kyslíka s inými štvorstenmi, čím tvorí šesťhrannú mriežku v dvoch rozmeroch. Štvrtý vrchol nie je zdieľaný s iným štvorstenom a všetky štvorsteny „smerujú“rovnakým smerom. Všetky nerozdelené vrcholy sú na rovnakej strane listu.

Štruktúra

V íloch sú tetraedrické dosky vždy spojené s oktaedrickými vrstvami, tvorené malými katiónmi, ako je hliník alebo horčík, a koordinované šiestimi atómami kyslíka. Osamelý vrchol štvorstenu tiež tvorí časť jednej strany osemstenu, ale ďalší atóm kyslíka sa nachádza nad medzerou v štvorstene v strede šiestich štvorstenov. Tento atóm kyslíka je naviazaný na atóm vodíka, ktorý tvorí OH skupinu v ílovej štruktúre.

Hliny možno kategorizovať podľa toho, ako sú štvorstenné a oktaedrické dosky zabalené do vrstiev. Ak má každá vrstva iba jednu štvorstennú a jednu osemstennú skupinu, potom patrí do kategórie 1:1. Alternatíva známa ako hlina 2:1 má dve štvorstenné dosky snerozdelený vrchol každého z nich, nasmerovaný k sebe a tvoriaci každú stranu osemuholníkového listu.

Spojenie medzi štvorstennou a oktaedrickou doskou vyžaduje, aby sa štvorstenová doska zvlnila alebo skrútila, čo spôsobí ditrigonálne skreslenie šesťuholníkovej matrice a sploštenie oktaedrickej vrstvy. To minimalizuje celkové valenčné skreslenie kryštalitu.

V závislosti od zloženia tetraedrických a oktaedrických vrstiev nebude mať vrstva žiadny náboj alebo bude mať záporný náboj. Ak sú vrstvy nabité, tento náboj je vyvážený medzivrstvovými katiónmi, ako je Na+ alebo K+. V každom prípade môže medzivrstva obsahovať aj vodu. Kryštálová štruktúra je tvorená hromadou vrstiev umiestnených medzi ďalšími vrstvami.

Hlinená chémia

Pretože väčšina ílov je vyrobená z minerálov, majú vysokú biokompatibilitu a zaujímavé biologické vlastnosti. Vďaka svojmu tvaru disku a nabitým povrchom hlina interaguje so širokým spektrom makromolekúl, ako sú proteíny, polyméry, DNA atď. Niektoré aplikácie ílov zahŕňajú podávanie liečiv, tkanivové inžinierstvo a biotlač.

Chémia ílu je aplikovaná disciplína chémie, ktorá študuje chemické štruktúry, vlastnosti a reakcie ílu, ako aj štruktúru a vlastnosti ílových minerálov. Ide o interdisciplinárnu oblasť, zahŕňajúcu pojmy a poznatky z anorganickej a štrukturálnej oblastichémia, fyzikálna chémia, chémia materiálov, analytická chémia, organická chémia, mineralógia, geológia a iné.

Štúdium chémie (a fyziky) ílov a štruktúry ílových minerálov má veľký akademický a priemyselný význam, pretože patria medzi najpoužívanejšie priemyselné minerály používané ako suroviny (keramika atď.), adsorbenty, katalyzátory atď.

Význam vedy

Jedinečné vlastnosti pôdnych ílových minerálov, ako je vrstvená štruktúra nanometrovej stupnice, prítomnosť pevných a zameniteľných nábojov, schopnosť adsorbovať a zadržiavať (interkalovať) molekuly, schopnosť vytvárať stabilné koloidné disperzie, možnosť individuálnej povrchovej modifikácie a medzivrstvovej chemickej modifikácie a iné robia štúdium chémie hliny veľmi dôležitým a mimoriadne rôznorodým študijným odborom.

Fyzikálno-chemické správanie ílových minerálov je ovplyvnených mnohými rôznymi oblasťami vedomostí, od environmentálnych vied po chemické inžinierstvo, od keramiky po nakladanie s jadrovým odpadom.

Ich kapacita výmeny katiónov (CEC) má veľký význam pri vyrovnávaní najhojnejších katiónov v pôde (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) a regulácii pH, ktorá priamo ovplyvňuje úrodnosť pôdy. Štúdium ílov (a minerálov) tiež zohráva dôležitú úlohu pri riešení Ca2+, ktorý zvyčajne pochádza zo súše (riečnej vody) do morí. Schopnosť upravovať a kontrolovať zloženie a obsah minerálov ponúka cenný nástroj vo vývojiselektívne adsorbenty s rôznymi aplikáciami, ako je napríklad vytváranie chemických senzorov alebo čistiacich prostriedkov pre kontaminovanú vodu. Táto veda tiež zohráva obrovskú úlohu pri klasifikácii skupín ílových minerálov.