Minerals d'argila: classificació, composició, propietats i aplicacions

2024 Autora: Henry Conors | [email protected]. Última modificació: 2024-02-12 04:51

Els minerals d'argila són filosilicats aquosos d'alumini, de vegades amb diverses impureses de ferro, magnesi, metalls alcalins i alcalinotèrres i altres cations que es troben a algunes superfícies planetàries o a prop.

Es formen en presència d'aigua, i abans van ser importants per a l'aparició de la vida, per això moltes teories de l'abiogènesi els inclouen en aquest procés. Són components importants dels sòls i han estat beneficiosos per als humans des de l'antiguitat en l'agricultura i la fabricació.

Educació

Les argiles formen làmines planes hexagonals semblants a les micas. Els minerals argilosos són productes meteorològics comuns (incloent la meteorització del feldspat) i productes d' alteració hidrotermal a baixa temperatura. Són molt comuns als sòls, a les roques sedimentàries de gra fi com ara esquists, fangs i limols, així com a esquists metamòrfics i fil·lites de gra fi.

Característiques

Els minerals d'argila solen ser (però no necessàriament) de mida ultrafina. En general, es considera que tenen menys de 2 micròmetres a la classificació estàndard de mida de partícules, per la qual cosa poden ser necessàries tècniques analítiques especials per identificar-los i estudiar-los. Aquests inclouen la difracció de raigs X, les tècniques de difracció d'electrons, diversos mètodes espectroscòpics com l'espectroscòpia Mössbauer, l'espectroscòpia infraroja, l'espectroscòpia Raman i SEM-EDS, o processos de mineralogia automatitzats. Aquests mètodes es poden complementar amb la microscòpia de llum polaritzada, una tècnica tradicional que estableix fenòmens fonamentals o relacions petrològiques.

Distribució

Donada la necessitat d'aigua, els minerals d'argila són relativament rars al sistema solar, tot i que estan molt estesos a la Terra, on l'aigua interacciona amb altres minerals i matèria orgànica. També s'han trobat en diversos llocs de Mart. L'espectrografia ha confirmat la seva presència en asteroides i planetoides, inclosos el planeta nan Ceres i Tempel 1, i la lluna de Júpiter Europa.

Classificació

Els principals minerals d'argila s'inclouen als grups següents:

Grup dels caolins, que inclou els minerals caolinita, dickita, halloysite i nakrita (polimorfs d'Al2Si2O5 (OH) 4). Algunes fonts inclouen el grup caolinita-serpentina a causa de la similitud estructural (Bailey1980).
Grup de les esmectites, que inclou esmectites dioctaèdriques com la montmorillonita, la nontronita i la beidellita i les esmectites trioctaèdriques com la saponita. El 2013, les proves analítiques del rover Curiosity van trobar resultats consistents amb la presència de minerals d'argila esmectita al planeta Mart.
Grup il·lit, que inclou micas d'argila. Illita és l'únic mineral comú d'aquest grup.
El grup de la clorita inclou una àmplia gamma de minerals similars amb una variació química important.

Altres espècies

Hi ha altres tipus d'aquests minerals com la sepiolita o l'atapulgita, argiles amb llargs canals d'aigua d'estructura interna. Les variacions d'argila de capa mixta són rellevants per a la majoria dels grups esmentats anteriorment. L'ordenació es descriu com a ordenació aleatòria o regular i es descriu més amb el terme "Reichweit", que significa "abast" o "cobertura" en alemany. Els articles de literatura fan referència, per exemple, a la illita-esmectita ordenada R1. Aquest tipus s'inclou a la categoria ISISIS. R0, en canvi, descriu un ordre aleatori. A més d'aquests, també podeu trobar altres tipus de comanda ampliada (R3, etc.). Els minerals d'argila de capa mixta, que són tipus perfectes de R1, sovint reben els seus propis noms. La clorita-esmectita ordenada per R1 es coneix com a corrensita, R1 - illita-esmectita - rectorita.

Història de l'estudi

El coneixement de la naturalesa de l'argila es va fer més comprensiblea la dècada de 1930 amb el desenvolupament de les tecnologies de difracció de raigs X necessàries per analitzar la naturalesa molecular de les partícules d'argila. Durant aquest període també va sorgir l'estandardització de la terminologia, amb especial atenció a paraules similars que van provocar confusió, com ara fulla i plànol.

Com tots els filosilicats, els minerals d'argila es caracteritzen per làmines bidimensionals de tetraedres de cantonades de SiO4 i/o octaedres d'AlO4. Els blocs de làmines tenen una composició química (Al, Si) 3O4. Cada tetraedre de silici comparteix 3 dels seus vèrtexs àtoms d'oxigen amb altres tetraedres, formant una xarxa hexagonal en dues dimensions. El quart vèrtex no es comparteix amb un altre tetraedre, i tots els tetraedres "apunten" en la mateixa direcció. Tots els vèrtexs indivisos estan al mateix costat del full.

Estructura

A les argiles, les làmines tetraèdriques sempre estan unides a làmines octaèdriques, formades a partir de petits cations com l'alumini o el magnesi, i coordinades per sis àtoms d'oxigen. El vèrtex solitari de la làmina tetraèdrica també forma part d'un costat de l'octaèdric, però l'àtom d'oxigen addicional es troba per sobre del buit de la làmina tetraèdrica al centre dels sis tetraedres. Aquest àtom d'oxigen està unit a l'àtom d'hidrogen que forma el grup OH a l'estructura d'argila.

Les argiles es poden classificar segons com s'empaqueten les làmines tetraèdriques i octaèdriques en capes. Si cada capa només té un grup tetraèdric i un grup octaèdric, pertany a la categoria 1:1. Una alternativa coneguda com argila 2:1 té dues làmines tetraèdriques ambel vèrtex indivis de cadascun d'ells, dirigits l'un cap a l' altre i formant cada costat de la làmina octogonal.

La connexió entre les làmines tetraèdriques i octaèdriques requereix que la làmina tetraèdrica es torni ondulada o torçada, provocant una distorsió ditrigonal de la matriu hexagonal i que la làmina octaèdrica s'aplani. Això minimitza la distorsió general de valència de la cristal·lita.

Depenent de la composició de les làmines tetraèdriques i octaèdriques, la capa no tindrà càrrega o en tindrà una de negativa. Si les capes estan carregades, aquesta càrrega s'equilibra amb cations entre capes com Na+ o K+. En cada cas, la capa intermèdia també pot contenir aigua. L'estructura cristal·lina està formada a partir d'una pila de capes situades entre altres capes.

Química de l'argila

Com que la majoria de les argiles estan fetes de minerals, tenen una alta biocompatibilitat i propietats biològiques interessants. A causa de la seva forma de disc i superfícies carregades, l'argila interacciona amb una àmplia gamma de macromolècules com ara proteïnes, polímers, ADN, etc. Algunes de les aplicacions de les argiles inclouen el lliurament de fàrmacs, l'enginyeria de teixits i la bioimpressió.

La química de l'argila és una disciplina aplicada de la química que estudia les estructures químiques, les propietats i les reaccions de l'argila, així com l'estructura i les propietats dels minerals d'argila. És un camp interdisciplinari, incorpora conceptes i coneixements des de l'inorgànic i l'estructuralquímica, química física, química dels materials, química analítica, química orgànica, mineralogia, geologia i altres.

L'estudi de la química (i la física) de les argiles i l'estructura dels minerals argilosos té una gran importància acadèmica i industrial, ja que es troben entre els minerals industrials més utilitzats com a matèries primeres (ceràmica, etc.), adsorbents, catalitzadors, etc.

La importància de la ciència

Les propietats úniques dels minerals d'argila del sòl, com ara l'estructura en capes de l'escala nanomètrica, la presència de càrregues fixes i intercanviables, la capacitat d'adsorbir i retenir (intercalar) molècules, la capacitat de formar dispersions col·loïdals estables, la possibilitat de la modificació de la superfície individual i la modificació química entre capes, i d' altres fan que l'estudi de la química de l'argila sigui un camp d'estudi molt important i extremadament divers.

Molts camps de coneixement diferents estan influenciats pel comportament fisicoquímic dels minerals argilosos, des de les ciències ambientals fins a l'enginyeria química, des de la ceràmica fins a la gestió de residus nuclears.

La seva capacitat d'intercanvi catiònic (CEC) és de gran importància per equilibrar els cations més abundants al sòl (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) i el control del pH, que afecta directament la fertilitat del sòl. L'estudi de les argiles (i dels minerals) també té un paper important en el tractament del Ca2+, que normalment prové de la terra (aigua del riu) als mars. La capacitat de modificar i controlar la composició i el contingut dels minerals ofereix una eina valuosa en el desenvolupamentadsorbents selectius amb aplicacions diverses, com, per exemple, la creació de sensors químics o agents de neteja per a aigües contaminades. Aquesta ciència també té un paper important en la classificació dels grups de minerals d'argila.