Αργιλικά ορυκτά: ταξινόμηση, σύνθεση, ιδιότητες και εφαρμογές

2024 Συγγραφέας: Henry Conors | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-02-12 05:51

Τα ορυκτά αργίλου είναι υδατικά φυλλοπυριτικά άλατα αργιλίου, μερικές φορές με διάφορες ακαθαρσίες σιδήρου, μαγνησίου, αλκαλίων και μετάλλων αλκαλικών γαιών και άλλα κατιόντα που βρίσκονται πάνω ή κοντά σε ορισμένες πλανητικές επιφάνειες.

Σχηματίζονται παρουσία νερού και κάποτε ήταν σημαντικά για την εμφάνιση της ζωής, γι' αυτό και πολλές θεωρίες αβιογένεσης τα συμπεριλαμβάνουν σε αυτή τη διαδικασία. Είναι σημαντικά συστατικά του εδάφους και είναι ευεργετικά για τον άνθρωπο από την αρχαιότητα στη γεωργία και τη μεταποίηση.

Εκπαίδευση

Οι πηλοί σχηματίζουν επίπεδα εξαγωνικά φύλλα παρόμοια με τα μαρμαρυγία. Τα ορυκτά αργίλου είναι κοινά προϊόντα καιρικών συνθηκών (συμπεριλαμβανομένης της διάβρωσης του άστρου) και προϊόντα χαμηλής θερμοκρασίας υδροθερμικής αλλοίωσης. Είναι πολύ κοινά σε εδάφη, σε λεπτόκοκκα ιζηματογενή πετρώματα όπως σχιστόλιθοι, λασπόλιθοι και αργολιθίαση, καθώς και σε λεπτόκοκκους μεταμορφικούς σχιστόλιθους και φυλλίτες.

Λειτουργίες

Τα ορυκτά αργίλου είναι συνήθως (αλλά όχι απαραίτητα) εξαιρετικά λεπτά σε μέγεθος. Θεωρούνται γενικά ότι είναι μικρότερα από 2 μικρόμετρα στην τυπική ταξινόμηση μεγέθους σωματιδίων, επομένως ενδέχεται να απαιτούνται ειδικές αναλυτικές τεχνικές για τον εντοπισμό και τη μελέτη τους. Αυτές περιλαμβάνουν περίθλαση ακτίνων Χ, τεχνικές περίθλασης ηλεκτρονίων, διάφορες φασματοσκοπικές μεθόδους όπως η φασματοσκοπία Mössbauer, η υπέρυθρη φασματοσκοπία, η φασματοσκοπία Raman και το SEM-EDS ή αυτοματοποιημένες ορυκτολογικές διεργασίες. Αυτές οι μέθοδοι μπορούν να συμπληρωθούν με μικροσκοπία πολωμένου φωτός, μια παραδοσιακή τεχνική που καθιερώνει θεμελιώδη φαινόμενα ή πετρολογικές σχέσεις.

Διανομή

Δεδομένης της ανάγκης για νερό, τα ορυκτά αργίλου είναι σχετικά σπάνια στο ηλιακό σύστημα, αν και είναι ευρέως διαδεδομένα στη Γη, όπου το νερό αλληλεπιδρά με άλλα μέταλλα και οργανική ύλη. Έχουν επίσης βρεθεί σε αρκετά σημεία στον Άρη. Η φασματογραφία έχει επιβεβαιώσει την παρουσία τους σε αστεροειδείς και πλανητοειδή, συμπεριλαμβανομένου του νάνου πλανήτη Ceres και Tempel 1, και του φεγγαριού του Δία, Ευρώπη.

Ταξινόμηση

Κύρια ορυκτά αργίλου περιλαμβάνονται στις ακόλουθες ομάδες:

• Ομάδα Καολίνης, η οποία περιλαμβάνει τα ορυκτά καολινίτη, δικίτη, αλοϋσίτη και νακρίτη (πολύμορφα του Al2Si2O5 (OH) 4). Ορισμένες πηγές περιλαμβάνουν την ομάδα καολινίτη-σερπεντίνης λόγω δομικής ομοιότητας (Bailey1980).
• ομάδα σμηκτιτών, η οποία περιλαμβάνει διοκταεδρικούς σμηκτίτες όπως ο μοντμοριλλονίτης, ο νοντρονίτης και ο μπεϊδελλίτης και τριοκταεδρικοί σμηκτίτες όπως ο σαπωνίτης. Το 2013, αναλυτικές δοκιμές από το ρόβερ Curiosity βρήκαν αποτελέσματα που συμφωνούν με την παρουσία ορυκτών αργίλου σμηκτίτη στον πλανήτη Άρη.
• Ομάδα Illite, η οποία περιλαμβάνει πήλινες μαρμαρυγίες. Ο Illite είναι το μόνο κοινό ορυκτό σε αυτήν την ομάδα.
• Η ομάδα χλωρίτη περιλαμβάνει ένα ευρύ φάσμα παρόμοιων ορυκτών με σημαντική χημική διακύμανση.

Άλλα είδη

Υπάρχουν και άλλοι τύποι αυτών των ορυκτών όπως ο σεπιόλιθος ή ο ατταπουλγίτης, άργιλοι με μεγάλα κανάλια νερού εσωτερικά σε δομή. Οι παραλλαγές μικτού στρώματος αργίλου είναι σχετικές για τις περισσότερες από τις προαναφερθείσες ομάδες. Η παραγγελία περιγράφεται ως τυχαία ή κανονική παραγγελία και περιγράφεται περαιτέρω με τον όρο "Reichweit", που σημαίνει "εύρος" ή "κάλυψη" στα γερμανικά. Τα άρθρα της βιβλιογραφίας αναφέρονται, για παράδειγμα, στον διατεταγμένο ιλίτη-σμεκίτη R1. Αυτός ο τύπος περιλαμβάνεται στην κατηγορία ISISIS. Το R0, από την άλλη πλευρά, περιγράφει μια τυχαία παραγγελία. Εκτός από αυτά, μπορείτε επίσης να βρείτε άλλους εκτεταμένους τύπους παραγγελιών (R3, κ.λπ.). Ορυκτά αργίλου μικτής στιβάδας, τα οποία είναι τέλειοι τύποι R1, έχουν συχνά τα δικά τους ονόματα. Ο χλωρίτης-σμεκίτης με τάξη R1 είναι γνωστός ως κορενσίτης, ο R1 - ιλίτης-σμεκίτης - ρεκτορίτης.

Ιστορικό σπουδών

Η γνώση της φύσης του πηλού έγινε πιο κατανοητήτη δεκαετία του 1930 με την ανάπτυξη των τεχνολογιών περίθλασης ακτίνων Χ που απαιτούνται για την ανάλυση της μοριακής φύσης των σωματιδίων αργίλου. Η τυποποίηση της ορολογίας εμφανίστηκε και κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, με ιδιαίτερη προσοχή σε παρόμοιες λέξεις που οδήγησαν σε σύγχυση όπως φύλλο και αεροπλάνο.

Όπως όλα τα φυλλοπυριτικά, τα ορυκτά αργίλου χαρακτηρίζονται από δισδιάστατα φύλλα γωνιακών τετραέδρων SiO4 και/ή οκτάεδρων AlO4. Οι πλάκες φύλλων έχουν χημική σύνθεση (Al, Si) 3O4. Κάθε τετράεδρο πυριτίου μοιράζεται 3 από τα άτομα οξυγόνου κορυφής του με άλλα τετράεδρα, σχηματίζοντας ένα εξαγωνικό πλέγμα σε δύο διαστάσεις. Η τέταρτη κορυφή δεν μοιράζεται με άλλο τετράεδρο και όλα τα τετράεδρα «σημαίνουν» προς την ίδια κατεύθυνση. Όλες οι αδιαίρετες κορυφές βρίσκονται στην ίδια πλευρά του φύλλου.

Δομή

Στους άργιλους, τα τετραεδρικά φύλλα συνδέονται πάντα με οκταεδρικά φύλλα, που σχηματίζονται από μικρά κατιόντα όπως το αλουμίνιο ή το μαγνήσιο και συντονίζονται από έξι άτομα οξυγόνου. Η μονή κορυφή του τετραεδρικού φύλλου αποτελεί επίσης μέρος της μίας πλευράς του οκταεδρικού, αλλά το επιπλέον άτομο οξυγόνου βρίσκεται πάνω από το κενό στο τετραεδρικό φύλλο στο κέντρο των έξι τετραεδρικών. Αυτό το άτομο οξυγόνου συνδέεται με το άτομο υδρογόνου που σχηματίζει την ομάδα ΟΗ στη δομή του πηλού.

Οι άργιλοι μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο τα τετραεδρικά και οκταεδρικά φύλλα συσκευάζονται σε στρώματα. Εάν κάθε στρώμα έχει μόνο μία τετραεδρική και μία οκταεδρική ομάδα, τότε ανήκει στην κατηγορία 1:1. Μια εναλλακτική που είναι γνωστή ως άργιλος 2:1 έχει δύο τετραεδρικά φύλλα μεη αδιαίρετη κορυφή καθενός από αυτά, που κατευθύνονται το ένα προς το άλλο και σχηματίζουν κάθε πλευρά του οκταγωνικού φύλλου.

Η σύνδεση μεταξύ του τετραεδρικού και του οκταεδρικού φύλλου απαιτεί το τετραεδρικό φύλλο να αυλακωθεί ή να συστραφεί, προκαλώντας διτριγωνική παραμόρφωση της εξαγωνικής μήτρας και το οκταεδρικό φύλλο να ισοπεδωθεί. Αυτό ελαχιστοποιεί τη συνολική παραμόρφωση σθένους του κρυσταλλίτη.

Ανάλογα με τη σύνθεση των τετραεδρικών και οκταεδρικών φύλλων, το στρώμα δεν θα έχει φορτίο ή θα έχει αρνητικό. Εάν τα στρώματα είναι φορτισμένα, αυτό το φορτίο εξισορροπείται από κατιόντα ενδιάμεσης στιβάδας όπως το Na+ ή το K+. Σε κάθε περίπτωση, το ενδιάμεσο στρώμα μπορεί επίσης να περιέχει νερό. Η κρυσταλλική δομή σχηματίζεται από μια στοίβα στρωμάτων που βρίσκονται ανάμεσα σε άλλα στρώματα.

Χημεία αργίλου

Επειδή οι περισσότεροι άργιλοι είναι κατασκευασμένοι από ορυκτά, έχουν υψηλή βιοσυμβατότητα και ενδιαφέρουσες βιολογικές ιδιότητες. Λόγω του σχήματος του δίσκου και των φορτισμένων επιφανειών του, ο πηλός αλληλεπιδρά με ένα ευρύ φάσμα μακρομορίων όπως πρωτεΐνες, πολυμερή, DNA κ.λπ. Μερικές από τις εφαρμογές των αργίλων περιλαμβάνουν τη χορήγηση φαρμάκων, τη μηχανική ιστών και τη βιοεκτύπωση.

Η χημεία αργίλου είναι ένας εφαρμοσμένος κλάδος της χημείας που μελετά τις χημικές δομές, τις ιδιότητες και τις αντιδράσεις της αργίλου, καθώς και τη δομή και τις ιδιότητες των ορυκτών αργίλου. Είναι ένα διεπιστημονικό πεδίο, που ενσωματώνει έννοιες και γνώσεις από το ανόργανο και δομικόχημεία, φυσική χημεία, χημεία υλικών, αναλυτική χημεία, οργανική χημεία, ορυκτολογία, γεωλογία και άλλα.

Η μελέτη της χημείας (και της φυσικής) των αργίλων και της δομής των ορυκτών αργίλου έχει μεγάλη ακαδημαϊκή και βιομηχανική σημασία, καθώς είναι από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα βιομηχανικά ορυκτά που χρησιμοποιούνται ως πρώτες ύλες (κεραμικά κ.λπ.), προσροφητικά, καταλύτες κ.λπ.

Η σημασία της επιστήμης

Οι μοναδικές ιδιότητες των ορυκτών αργίλου του εδάφους, όπως η πολυεπίπεδη δομή της κλίμακας νανομέτρων, η παρουσία σταθερών και εναλλάξιμων φορτίων, η ικανότητα προσρόφησης και διατήρησης (ενδιάμεσης) μορίων, η ικανότητα σχηματισμού σταθερών κολλοειδών διασπορών, η δυνατότητα μεμονωμένης επιφανειακής τροποποίησης και χημικής τροποποίησης ενδιάμεσων στρωμάτων, και άλλοι κάνουν τη μελέτη της χημείας του πηλού είναι ένα πολύ σημαντικό και εξαιρετικά ποικίλο πεδίο μελέτης.

Πολλά διαφορετικά πεδία γνώσης επηρεάζονται από τη φυσικοχημική συμπεριφορά των ορυκτών αργίλου, από τις περιβαλλοντικές επιστήμες έως τη χημική μηχανική, από τα κεραμικά έως τη διαχείριση πυρηνικών αποβλήτων.

Η ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων (CEC) έχει μεγάλη σημασία για την εξισορρόπηση των πιο άφθονων κατιόντων στο έδαφος (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) και τον έλεγχο του pH, που επηρεάζει άμεσα τη γονιμότητα του εδάφους. Η μελέτη των αργίλων (και των ορυκτών) παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στην αντιμετώπιση του Ca2+, το οποίο συνήθως προέρχεται από τη γη (νερά του ποταμού) στις θάλασσες. Η ικανότητα τροποποίησης και ελέγχου της σύνθεσης και της περιεκτικότητας σε μέταλλα προσφέρει ένα πολύτιμο εργαλείο στην ανάπτυξηεπιλεκτικά προσροφητικά με διάφορες εφαρμογές, όπως, για παράδειγμα, η δημιουργία χημικών αισθητήρων ή καθαριστικών παραγόντων για μολυσμένο νερό. Αυτή η επιστήμη παίζει επίσης τεράστιο ρόλο στην ταξινόμηση των ομάδων ορυκτών αργίλου.