Kleiminerale: klassifikasie, samestelling, eienskappe en toepassings

2024 Outeur: Henry Conors | [email protected]. Laas verander: 2024-02-12 02:56

Kleiminerale is waterige aluminiumfilosilikate, soms met verskeie onsuiwerhede van yster, magnesium, alkali- en aardalkalimetale, en ander katione wat op of naby sommige planetêre oppervlaktes voorkom.

Hulle vorm in die teenwoordigheid van water, en was eens belangrik vir die opkoms van lewe, en daarom sluit baie teorieë van abiogenese hulle by hierdie proses in. Hulle is belangrike bestanddele van grond en was sedert antieke tye voordelig vir mense in landbou en vervaardiging.

Onderwys

Kleie vorm plat seskantige velle soortgelyk aan mika. Kleiminerale is algemene verweringsprodukte (insluitend veldspaatverwering) en laetemperatuurprodukte van hidrotermiese verandering. Hulle is baie algemeen in gronde, in fynkorrelige sedimentêre gesteentes soos skalies, modderstene en slikstene, asook in fynkorrelige metamorfe skalies en filiete.

Kenmerke

Kleiminerale is tipies (maar nie noodwendig nie) ultrafyn in grootte. Hulle word oor die algemeen beskou as minder as 2 mikrometer in die standaard deeltjiegrootte klassifikasie, so spesiale analitiese tegnieke kan nodig wees om hulle te identifiseer en te bestudeer. Dit sluit in X-straaldiffraksie, elektrondiffraksietegnieke, verskeie spektroskopiese metodes soos Mössbauer-spektroskopie, infrarooispektroskopie, Raman-spektroskopie en SEM-EDS, of geoutomatiseerde mineralogieprosesse. Hierdie metodes kan aangevul word deur gepolariseerde ligmikroskopie, 'n tradisionele tegniek wat fundamentele verskynsels of petrologiese verwantskappe daarstel.

Verspreiding

Gegewe die behoefte aan water, is kleiminerale relatief skaars in die sonnestelsel, hoewel hulle wydverspreid op Aarde voorkom, waar water met ander minerale en organiese materiaal in wisselwerking tree. Hulle is ook op verskeie plekke op Mars gevind. Spektrografie het hul teenwoordigheid op asteroïdes en planetoïede bevestig, insluitend die dwergplaneet Ceres en Tempel 1, en Jupiter se maan Europa.

Klassifikasie

Belangrikste kleiminerale is ingesluit in die volgende trosse:

• Kaoliengroep, wat die minerale kaoliniet, diksiet, halloysiet en nakrite (polimorfe van Al2Si2O5 (OH) 4) insluit. Sommige bronne sluit die kaoliniet-serpentyngroep in as gevolg van strukturele ooreenkomste (Bailey1980).
• Smektietgroep, wat dioktaëdriese smektiete soos montmorilloniet, nietroniet en beidelliet en trioktaëdriese smektiete soos saponiet insluit. In 2013 het analitiese toetse deur die Curiosity-rover resultate gevind wat ooreenstem met die teenwoordigheid van smektiet-kleiminerale op die planeet Mars.
• Illiet-groep, wat kleimikas insluit. Illiet is die enigste algemene mineraal in hierdie groep.
• Die chlorietgroep sluit 'n wye reeks soortgelyke minerale met aansienlike chemiese variasie in.

Ander spesies

Daar is ander tipes van hierdie minerale soos sepioliet of attapulgiet, klei met lang waterkanale in die binneste struktuur. Gemengde laag klei variasies is relevant vir die meeste van die voorgenoemde groepe. Die ordening word beskryf as ewekansige of gereelde ordening en word verder beskryf deur die term "Reichweit", wat "reeks" of "dekking" in Duits beteken. Literatuurartikels verwys byvoorbeeld na geordende illiet-smektiet R1. Hierdie tipe is ingesluit in die ISISIS-kategorie. R0, aan die ander kant, beskryf 'n ewekansige volgorde. Benewens hierdie, kan jy ook ander uitgebreide besteltipes (R3, ens.) vind. Gemengde laag kleiminerale, wat perfekte tipes R1 is, kry dikwels hul eie name. R1-geordende chloriet-smektiet staan bekend as korrensiet, R1 - illiet-smektiet - rektoriet.

Studiegeskiedenis

Kennis van die aard van klei het meer verstaanbaar gewordin die 1930's met die ontwikkeling van X-straaldiffraksietegnologieë wat nodig is om die molekulêre aard van kleipartikels te ontleed. Standaardisering van terminologie het ook gedurende hierdie tydperk na vore gekom, met besondere aandag aan soortgelyke woorde wat tot verwarring gelei het soos blaar en vlak.

Soos alle filosilikate, word kleiminerale gekenmerk deur tweedimensionele velle SiO4-hoektetraëders en/of AlO4-oktaëders. Plaatblokke het 'n chemiese samestelling (Al, Si) 3O4. Elke silikontetraëder deel 3 van sy toppunt suurstofatome met ander tetraëders, wat 'n seskantige rooster in twee dimensies vorm. Die vierde hoekpunt word nie met 'n ander tetraëder gedeel nie, en alle tetraëders "wys" in dieselfde rigting. Alle onverdeelde hoekpunte is aan dieselfde kant van die blad.

Struktuur

In klei is tetraëdriese velle altyd gebind aan oktaëdriese velle, gevorm uit klein katione soos aluminium of magnesium, en gekoördineer deur ses suurstofatome. Die eensame hoekpunt van die tetraëdriese plaat vorm ook deel van die een kant van die oktaëder, maar die ekstra suurstofatoom is geleë bo die gaping in die tetraëdriese plaat in die middel van die ses tetraëders. Hierdie suurstofatoom is gebind aan die waterstofatoom wat die OH-groep in die kleistruktuur vorm.

Kleie kan gekategoriseer word volgens hoe die tetraëdriese en oktaëdriese velle in lae gepak word. As elke laag net een tetraëdriese en een oktaëdriese groep het, behoort dit tot die 1:1-kategorie. 'n Alternatief bekend as 2:1 klei het twee tetraëdriese velle metdie onverdeelde hoekpunt van elkeen van hulle, gerig na mekaar en vorm elke kant van die agthoekige vel.

Die verbinding tussen die tetraëdriese en oktaëdriese velle vereis dat die tetraëdriese plaat geriffel of gedraai word, wat veroorsaak dat ditrigonale vervorming van die seskantige matriks, en die oktaëdriese plaat plat raak. Dit minimaliseer die algehele valensvervorming van die kristalliet.

Afhangende van die samestelling van die tetraëdriese en oktaëdriese velle, sal die laag geen lading hê nie of 'n negatiewe een hê. As die lae gelaai is, word hierdie lading gebalanseer deur tussenlaagkatione soos Na+ of K+. In elke geval kan die tussenlaag ook water bevat. Die kristalstruktuur word gevorm uit 'n stapel lae wat tussen ander lae geleë is.

Kleichemie

Omdat die meeste klei van minerale gemaak word, het hulle hoë bioversoenbaarheid en interessante biologiese eienskappe. As gevolg van sy skyfvorm en gelaaide oppervlaktes, is die klei in wisselwerking met 'n wye reeks makromolekules soos proteïene, polimere, DNS, ens. Sommige van die toepassings vir klei sluit geneesmiddelaflewering, weefselingenieurswese en biodrukwerk in.

Kleichemie is 'n toegepaste dissipline van chemie wat die chemiese strukture, eienskappe en reaksies van klei bestudeer, sowel as die struktuur en eienskappe van kleiminerale. Dit is 'n interdissiplinêre veld wat konsepte en kennis van die anorganiese en strukturele insluitchemie, fisiese chemie, chemie van materiale, analitiese chemie, organiese chemie, mineralogie, geologie en ander.

Die studie van die chemie (en fisika) van klei en die struktuur van kleiminerale is van groot akademiese en industriële belang, aangesien dit van die mees gebruikte industriële minerale is wat as grondstowwe (keramiek, ens.) gebruik word., adsorberende middels, katalisators, ens.

Die belangrikheid van wetenskap

Die unieke eienskappe van grondkleiminerale, soos die gelaagde struktuur van die nanometerskaal, die teenwoordigheid van vaste en verwisselbare ladings, die vermoë om molekules te adsorbeer en te behou (interkaleer), die vermoë om stabiele kolloïdale dispersies te vorm, die moontlikheid van individuele oppervlakmodifikasie en tussenlaag chemiese modifikasie, en ander maak dat die studie van kleichemie 'n baie belangrike en uiters diverse studieveld is.

Baie verskillende velde van kennis word beïnvloed deur die fisies-chemiese gedrag van kleiminerale, van omgewingswetenskappe tot chemiese ingenieurswese, van keramiek tot bestuur van kernafval.

Hul katioonuitruilvermoë (CEC) is van groot belang in die balansering van die volopste katione in die grond (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) en pH-beheer, wat grondvrugbaarheid direk beïnvloed. Die studie van klei (en minerale) speel ook 'n belangrike rol in die hantering van Ca2+, wat gewoonlik van land (rivierwater) na die see kom. Die vermoë om die samestelling en inhoud van minerale te verander en te beheer bied 'n waardevolle hulpmiddel in ontwikkelingselektiewe adsorberende middels met verskeie toepassings, soos byvoorbeeld die skepping van chemiese sensors of skoonmaakmiddels vir besmette water. Hierdie wetenskap speel ook 'n groot rol in die klassifikasie van kleimineraalgroepe.