Глинисті мінерали являють собою водні філлосілікати алюмінію, іноді з різними домішками заліза, магнію, лужних і лужноземельних металів, а також інших катіонів, виявлених на деяких планетарних поверхнях або поблизу них.
Вони утворюються в присутності води, і коли-то вони були важливими для появи життя, тому багато теорії абиогенеза враховують їх роль в цьому процесі. Вони є важливими складовими грунтів і були корисні для людини з давніх часів у сільському господарстві та виробництві.
Освіта
Глини утворюють плоскі шестикутні листи, схожі на слюди. Глинисті мінерали є поширеними продуктами вивітрювання (в тому числі, вивітрювання польового шпату) і низькотемпературними продуктами гідротермального зміни. Вони дуже поширені в ґрунтах, в дрібнозернистих осадових породах таких, як сланці, аргіліти і алевроліти, а також у дрібнозернистих метаморфічних сланцях і филлитах.
Характеристики
Глинисті мінерали, як правило (але не обов’язково), мають ультрамелкозернистый розмір. Зазвичай вважається, що вони мають розмір менше 2 мікрометрів при стандартній класифікації розмірів частинок, тому для їх ідентифікації та вивчення можуть знадобитися спеціальні аналітичні методи. До них відноситься дифракція рентгенівських променів, методи дифракції електронів, різні спектроскопічні методи, такі як мессбауэровская спектроскопія, іч-спектроскопія, рамановская спектроскопія і SEM-EDS, або ж автоматизовані процеси мінералогії. Ці методи можуть бути доповнені мікроскопією поляризованого світла, традиційною технікою, встановлює фундаментальні явища або петрологічні відносини.
Поширення
Враховуючи потребу у воді, глинисті мінерали відносно рідкі в Сонячній системі, хоча вони широко поширені на Землі, де вода взаємодіє з іншими мінералами і органічною речовиною. Вони також були виявлені в кількох місцях на Марсі. Спектрография підтвердила їх присутність на астероїдах і планетоидах, включаючи карликову планету Цереру і Темпель 1, а також місяць Юпітера Європу.
Класифікація
Основні глинисті мінерали входять в наступні кластери:
- Каолінова група, яка включає мінерали каолініт, диккит, галлуазит і накрит (полиморфы Al2Si2O5 (OH) 4). Деякі джерела включають групу каолініт-серпентин через структурного подібності (Bailey 1980).
- Смектитовая група, яка включає диоктаэдрические смектиты, такі як монтмориллонит, нонтронит і бейделлит, і триоктаэдрические смектиты, наприклад, сапоніт. У 2013 році аналітичні випробування марсоходом Curiosity виявили результати, які узгоджуються з присутністю мінералів смектитовой глини на планеті Марс.
- Иллитовая група, в яку входять глинисті слюди. Ілліт – єдиний поширений мінерал цієї групи.
- Хлоритная група включає в себе широкий спектр аналогічних мінералів зі значною хімічної варіацією.
Інші види
Існують інші типи цих мінералів такі, як сепіоліт або атапульгіт, глини з довгими водяними каналами, внутрішніми за своєю структурою. Варіації глини змішаного шару актуальні для більшості вищезазначених груп. Упорядкування описується як випадкове або регулярне упорядкування і далі описується терміном «рейхвайт», що в перекладі з німецької означає «діапазон» або «охоплення». Літературні статті посилаються, наприклад, на впорядкований ілліт-смектит R1. Цей тип включається в категорію ISISIS. R0, з іншого боку, описує випадкове упорядкування. Крім них, можна також знайти інші розширені типи впорядкування (R3 і т. д.). Глинисті мінерали змішаного шару, які є досконалими типами R1, часто отримують свої власні назви. R1-впорядкований хлорит-смектит відомий, як корренсит, R1 – ілліт-смектит – ректорит.
Історія вивчення
Знання про природу глини, стали більш зрозумілими в 1930-х роках з розвитком технологій дифракції рентгенівських променів, необхідних для аналізу молекулярної природи глинистих частинок. Стандартизація термінології виникла і в цей період з особливою увагою до подібних словами, які призвели до плутанини, такий як лист і площину.
Як і всі філлосілікати, глинисті мінерали характеризуються двовимірними пластами кутових тетраедрів SiO4 та / або октаэдров AlO4. Листові блоки мають хімічний склад (Al, Si) 3O4. Кожен кремнієвий тетраедр ділить 3 своїх вершинних атома кисню з іншими тетраедрами, утворюючи гексагональну решітку в двох вимірах. Четверта вершина не є спільною з іншими тетраедром, і все тетраедри «вказують» в одному напрямку. Всі нерозділені вершини знаходяться на одній стороні аркуша.
Структура
В глинах тетраэдрические листи завжди пов’язані з октаэдрическими, сформованими з невеликих катіонів, таких як алюміній або магній, і координовані шістьма атомами кисню. Неподеленная вершина з тетраэдрического листа також утворює частину одного боку октаэдрического, але додатковий атом кисню розташований над зазором тетраэдрическом аркуші в центрі шести тетраедрів. Цей атом кисню пов’язаний з атомом водню, що утворюють групу ВІН в структурі глини.
Глини можна розділити на категорії залежно від способу упаковки тетраедричних і октаедричних аркушів в шари. Якщо в кожному шарі є тільки одна тетраэдрическая і одна октаэдрическая група, то вона відноситься до категорії 1:1. Альтернатива, відома як глина 2: 1, має два тетраедричних листа з неподіленою вершиною кожного з них, спрямованої один до одного і утворює кожну сторону восьмигранного листа.
З’єднання між тетраэдрическим і октаедричних листами вимагає, щоб тетраэдрический лист ставав гофрованим або скрученим, викликаючи дитригональное спотворення гексагональної матриці, і октаэдрический лист вирівнювався. Це мінімізує загальні валентні спотворення кристаліта.
В залежності від складу тетраедричних і октаедричних листів шар не буде мати заряду або матиме негативний. Якщо шари заряджені, цей заряд врівноважується межслоевыми катіонами, такими як Na + і K +. У кожному разі проміжний шар також може містити воду. Кристалічна структура сформована з пакету шарів, розташованих між іншими шарами.
“Глиняний хімія”
Оскільки більшість глин виготовлені з мінералів, вони мають високу біосумісність і цікавими біологічними властивостями. З-за форми диска і заряджених поверхонь глина взаємодіє з цілим рядом макромолекул таких субстанцій, як білок, полімери, ДНК і т. д. Деякі з областей застосування глин включають доставку ліків, тканинну інженерію і биопечать.
Глиняна хімія є прикладною дисципліною хімії, яка вивчає хімічні структури, властивості та реакції глини, а також будову і властивості глинистих мінералів. Це міждисциплінарна галузь, що включає концепції і знання з неорганічної та структурної хімії, фізичної хімії, хімії матеріалів, аналітичної хімії, органічної хімії, мінералогії, геології та інших.
Вивчення хімії (і фізиці) глин і будови глинистих мінералів має велике академічне і промислове значення, оскільки вони відносяться до числа найбільш широко використовуваних промислових мінералів, що використовуються в якості сировини (кераміка і т. д.), адсорбентів, каталізаторів і ін
Важливість науки
Унікальні властивості глинистих мінералів ґрунтів такі, як шарувату будову нанометрового масштабу, наявність фіксованих і взаємозамінних зарядів, можливість адсорбирования та утримання (интеркалирования) молекул: здатність утворювати стабільні колоїдні дисперсії, можливість індивідуальної модифікації поверхні і міжшарової хімічної модифікації і інші роблять вивчення хімії глини дуже важливою і надзвичайно різноманітною областю досліджень.
На багато різні галузі знань впливає фізико-хімічна поведінка глинистих мінералів, від наук про навколишнє середовище до хімічної технології, від кераміки до поводження з ядерними відходами.
Їх катіонообменная ємність (CEC) має велике значення в балансі найбільш поширених катіонів у грунті (Na +, K +, NH4 +, Ca2 +, Mg2 +) та контролі pH, що безпосередньо впливає на родючість грунту. Вивчення глин (і мінералів) також грає важливу роль в роботі з Са2 +, зазвичай надходить з суші (річкової води) моря. Можливість змінювати і контролювати склад та вміст мінералів пропонує цінний інструмент у розробці селективних адсорбентів з різними застосуваннями такими, як, наприклад, створення хімічних датчиків або чистячих речовин для забрудненої води. Ця наука також відіграє величезну роль у класифікації груп глинистих мінералів.
