Прејди на содржината

Глинест минерал

Од Википедија — слободната енциклопедија
Оксфордска глина (Јура) откриена во близина на Вејмут, Англија

Глинените минерали - водни алуминиумски филосиликати (на пр. каолин, Al2Si2O5(OH)4 понекогаш со променливи количини на железо, магнезиум, алкални метали, земноалкални елементи и други катјони кои се наоѓаат на или во близина на некои планетарни површини.

Глинените минерали се формираат во присуство на вода [1] и се важни за животот, а многу теории за абиогенеза ги вклучуваат. Тие се важни состојки на почвите и им биле корисни на луѓето уште од античко време во земјоделството и производството.

Својства

[уреди | уреди извор]
Шестоаголни листови од глинениот минерал каолинит (SEM слика, зголемување од 1.340×)

Глината е многу ситнозрнест геолошки материјал кој развива пластичност кога е влажен, но станува тврд, кршлив и непластичен при сушење или печење. [2] [3] [4] Тоа е многу чест материјал, [5] и е најстарата позната керамика. Праисториските луѓе ги откриле корисните својства на глината и ја употребиле за изработка на грнчарски производи. [6] Хемијата на глината, вклучувајќи ја и нејзината способност да задржува хранливи катјони како што се калиум и амониум, е важна за плодноста на почвата. [7]

Бидејќи поединечните честички во глината се помали од 4 микрометри по големина, тие не можат да се карактеризираат со обични оптички или физички методи. Кристалографската структура на глинените минерали станала подобро разбрана во 1930-тите со напредокот во техниката на дифракција на рендгенски зраци (XRD) неопходна за дешифрирање на нивната кристална решетка. Се покажало дека честичките од глина се претежно лиснати силикатни (филосиликатни) минерали, денес групирани заедно како глинени минерали. Нивната структура се основа на рамни шестоаголни листови слични на оние од лискунската групата минерали. [8] Стандардизацијата во терминологијата се појави и во овој период, со посебно внимание посветено на слични зборови што резултираа со забуна, како што се лист и рамнина. [9]

Бидејќи глинените минерали обично (но не секогаш) се ултрафинозрнести, потребни се посебни аналитички техники за нивно распознавање и проучување. Покрај рендгенската кристалографија, тие вклучуваат методи на електронска дифракција, [10] разни спектроскопски методи како што се Месбауеровата спектроскопија, [11] инфрацрвената спектроскопија, Рамановата спектроскопија, [12] и SEM - EDS [13] или автоматизирани минералошки процеси. Овие методи можат да бидат збогатени со поларизирана светлосна микроскопија, традиционална техника со која се воспоставуваат фундаментални појави или петролошки врски. [14]

Појава

[уреди | уреди извор]

Глинените минерали се вообичаени производи од распаѓање (вклучувајќи распаѓање на фелдспат) и производи од нискотемпературна хидротермална промена . Глинените минерали се многу чести во почвите, во ситнозрнестите седиментни карпи како што се шкрилците, калта и силтстонот и во ситнозрнестите метаморфни шкрилци и филит.

Со оглед на потребата од вода, глинените минерали се релативно ретки во Сончевиот Систем, иако се појавуваат во голема мера на Земјата каде што водата реагирала со други минерали и органска материја. Глинените минерали биле откриени на неколку места на Марс, [15] вклучувајќи ги Ехус Хазма, Маврт Валис, Мемнонискиот четириаголник и Елизиумскиот четириаголник. Спектрографијата го потврдила нивното присуство на небесни тела, вклучувајќи ја џуџестата планета Церера, [16] астероидот 101955 Бену, [17] и кометата Темпел 1, [18] како и јупитеровата месечина Европа. [19]

Структура

[уреди | уреди извор]
Поглед на тетраедарска лисна структура на глинест минерал. Апикалните јони на кислород се обоени розово.

Како и сите филосиликати, глинените минерали се карактеризираат со дводимензионални листови од тетраедри на SiO
4 или октаедри на AlO
4 со заеднички агли. Листовите единици имаат хемиски состав (Al, Si)
3O
4. Секој силициумски тетраедар дели три од своите врвни кислородни јони со други тетраедри, формирајќи шестоаголна низа во две димензии. Четвртиот кислороден јон не е делен со друг тетраедар и сите тетраедри „насочуваат“ во иста насока; т.е. сите неподелени кислородни јони се на истата страна од плочата. Овие неподелени кислородни јони се нарекуваат апикални кислородни јони. [20]

Кај глините, тетраедарските листови секогаш се поврзани со октаедарски листови формирани од мали катјони, како што се алуминиум или магнезиум, и координирани од шест атоми на кислород. Несподеленото теме од тетраедарскиот лист исто така формира дел од едната страна на октаедарскиот лист, но дополнителен атом на кислород се наоѓа над празнината во тетраедарскиот лист во средината на шесте тетраедри. Овој атом на кислород е поврзан за атом на водород кој формира OH група во структурата на глината. Глините можат да се категоризираат во зависност од начинот на кој тетраедарските и октаедарските листови се спакувани во слоеви. Доколку постои единствено една тетраедарска и една октаедарска група во секој слој, глината е позната како глина 1:1. Алтернативата, позната како глина 2:1, поседува два тетраедарски листови со неподелените темиња на секој лист насочени еден кон друг и формирајќи ја секоја страна од октаедарскиот лист. [20]

Врзувањето помеѓу тетраедарскиот и октаедарскиот лист бара тетраедарскиот лист да стане брановиден или извиткан, предизвикувајќи дитригонално нарушување на шестоаголнат низа, а октаедарскиот лист да биде сплескан. Ова ги минимизира вкупните нарушувања на валенцијата на врската на кристалитот. [20]

Во зависност од составот на тетраедарските и октаедарските листови, слојот нема да има полнеж или ќе има нето негативен полнеж. Доколку слоевите се наелектризирани, овој полнеж е избалансиран со меѓуслојни катјони како што се Na+ или K+ или со осамен октаедарски лист. Меѓуслојот може да содржи и вода. Кристалната структура е формирана од куп слоеви распоредени со меѓуслоевите. [20]

Класификација

[уреди | уреди извор]
Структура на глинени минерални групи

Глинените минерали можат да се класифицираат како 1:1 или 2:1. Глина со сооднос 1:1 би се состоела од еден тетраедарски лист и еден октаедарски лист, а примери би биле каолинит и серпентин. Глина со сооднос 2:1 се состои од октаедарски лист кој се наоѓа помеѓу два тетраедарски листови, а примери се талк, вермикулит и монтморилонит. Слоевите во глините 1:1 се ненаелектризирани и се поврзани со водородни врски помеѓу слоевите, но слоевите 2:1 имаат нето негативен полнеж и можат да бидат поврзани заедно или со индивидуални катјони (како што се калиум во илит или натриум или калциум во смектити) или со позитивно наелектризирани октаедарски листови (како кај хлоритите).

Глинените минерали ги вклучуваат следниве групи:

  • Каолинитска група која ги вклучува минералите каолинит, дикит, халојзит и накрит (полиморфи на Al
    2    Si
    2    O
    5    (OH)
    4    ). [21]
    • Некои извори ја вклучуваат каолинитно-серпентинската група поради структурни сличности. [9]
  • Група смектити која вклучува диоктаедарски смектити, како што се монтморилонит, нонтронит и бејделит, и триоктаедарски смектити, како што е сапонитот . [21] Во 2013 година, аналитичките тестови од роверот Кјуриосити пронашле резултати што се во согласност со присуството на смектитни глинени минерали на планетата Марс. [22] [23] [24]
  • Илитна група која ги вклучува глинестите микасти. Илитот е единствениот вообичаен минерал во оваа група. [21]
  • Хлоритната група вклучува широк спектар на слични минерали со значителни хемиски варијации. [21]
  • Постојат и други видови глина со сооднос 2:1, како што се палигорскитот (исто така познат како атапулгит) и сепиолитот, глини со долги водни канали внатре во нивната структура.

Варијации на мешана глина постојат за повеќето од горенаведените групи. Подредувањето е опишано како случаен или правилен редослед и е дополнително опишано со терминот reichweite, што на германски значи опсег или дострел. На пример, во книжевноста ќе се спомене илит-смектит подреден R1. Овој тип би бил подреден на начин илит-смектит-илит-смектит (ISIS). R0, од друга страна, опишува случајно подредување, а се среќаваат и други напредни типови на подредување (R3, итн.). Минералите од мешана глина кои се совршени R1 типови често добиваат свои имиња. Хлорит-смектит подреден R1 е познат како корензит, а R1 илит-смектит е ректорит. [25]

Резиме на критериумите за распознавање на глинени минерали - референтни податоци за распознавање на глинени минерали [26]
Глина Каолинит Дехидриран халојзит Хидриран халојзит Илит Вермикулит Смектит Хлорит
Рентген RF(001)(нанометри) 7 7 10 10 10–14 10–18 14
Гликол (мг/г) 16 35 60 60 200 300 30
CEC (мек/100 g) 3 12 12 25 150 85 40
K
2O		 0 0 0 8–10 0 0 0
ДТА Крај. 500–660° + Острина* Изд. 900–975° Острина Исто како каолинитот, но сооднос на наклон на врвот од 600° > 2,5 Исто како каолинитот, но сооднос на наклон на врвот од 600° > 2,5 Крај. 500–650° Широк. Крај. 800–900° Широк. Изв. 950° 0 Крај. 600–750° Крај. 900°. Изв. 950° Крај. 610 ± 10° или 720 ± 20°

Рентгенскиот rf(001) претставува растојанието помеѓу слоевите во нанометри, определено со рендгенска кристалографија. Гликолот (mg/g) е капацитетот на адсорпција за гликол, кој ги зафаќа местата меѓу слоевите кога глината е изложена на пареа од етилен гликол на 60 °C (140 °F) во тек на осум часа. CEC е капацитетот на глината за размена на катјони. K
2O (%) е процентуалната содржина на калиум оксид во глината. DTA ја опишува кривата на диференцијална термичка анализа на глината.

Глина и потеклото на животот

[уреди | уреди извор]

Хипотезата за глина за потеклото на животот ја предложил Греам Кернс-Смит во 1985 година. [27] [28] Тој претпоставувал дека сложените органски молекули се појавиле постепено на претходно постоечки, неоргански површини за репликација на силикатни кристали во контакт со воден раствор. Докажано е дека глинениот минерал монтморилонит ја катализира полимеризацијата на РНК во воден раствор од нуклеотидни мономери, [29] и формирањето на мембрани од липиди. [30] Во 1998 година, Хајман Хартман предложил дека „првите организми биле самореплицирачки глини богати со железо кои го фиксирале јаглерод диоксидот во оксална киселина и други дикарбоксилни киселини. Овој систем на реплицирачки глини и нивниот метаболички фенотип потоа се развиле во регионот богат со сулфиди на топлиот извор, стекнувајќи ја способноста да го врзат азот. Конечно, фосфатот бил присоединет во развојниот систем кој овозможил синтеза на нуклеотиди и фосфолипиди“ [31].

Биомедицински примени на глини

[уреди | уреди извор]

Структурната и разновидноста на глинените минерали им дава интересни биолошки својства. Поради дисковидните и наелектризираните површини, глината реагира со низа лекови, протеини, полимери, ДНК или други макромолекули. Некои од основите на глините вклучуваат испорака на лекови, инженерство на ткива и биопечатење.[32]

Употреба

[уреди | уреди извор]

Глинените минерали можат да се вклучат во вар-метакаолински малтери за подобрување на механичките својства.[33] Електрохемиското одвојување помага да се добијат модифицирани производи кои содржат сапонит со високи концентрации на минерали од смектитната група, помала големина на минералните честички, покомпактна структура и поголема површина. Овие карактеристики отвораат можности за производство на висококвалитетна керамика и сорбенти на тешки метали од производи што содржат сапонит.[34] Понатаму, мелењето се случува за време на подготовката на суровината за керамика; оваа преработка на отпад е од големо значење за употребата на глинена пулпа како неутрализирачко средство, бидејќи за реакцијата се потребни фини честички. Експериментите за деацидификација на хистозол со алкална глинена кашеста маса покажале дека неутрализацијата со просечно ниво на pH од 7,1 се постигнува со 30% од додадената пулпа, а експерименталното место со повеќегодишни треви ја докажало ефикасноста на техниката. Покрај тоа, рекултивацијата на нарушено земјиште е составен дел од социјалната и еколошката одговорност на рударската компанија и ова сценарио ги задоволува потребите на заедницата и на локално и на регионално ниво.[35]

Тестови што потврдуваат дека се присутни глинени минерали

[уреди | уреди извор]

Резултатите од адсорпцијата на гликол, капацитетот за размена на катјони, дифракцијата на Х-зраци, диференцијалната термичка анализа и хемиските тестови даваат податоци што можат да се користат за квантитативни проценки. Откако ќе се утврдат количините на органска материја, карбонати, слободни оксиди и неглинести минерали, процентите на глинените минерали се проценуваат со користење на соодветни податоци за адсорпција на гликол, капацитет за размена на катјони, K20 и DTA. Количината на илит се проценува од содржината на K20 бидејќи ова е единствениот глинест минерал што содржи калиум.[36]

Аргилозни карпи

[уреди | уреди извор]

Аргилозните карпи се оние во кои глинените минерали се значајна компонента. На пример, аргилозните варовници се варовници.[37] кои се состојат претежно од калциум карбонат, но вклучуваат 10-40% глинени минерали: ваквите варовници, кога се меки, често се нарекуваат лапорци . Слично на тоа, аргилозните песочници како што е Грејвак, се песочници кои се состојат првенствено од кварцни зрна, со меѓупростори исполнети со глинени минерали

Наводи

[уреди | уреди извор]
  1. ↑ „Formation and Occurrence of Clay Minerals“. Clays and Clay Minerals. 1 (1): 19–32. 1952. Bibcode:1952CCM.....1...19K. doi:10.1346/CCMN.1952.0010104.
  2. ↑ Guggenheim & Martin 1995.
  3. ↑ Science Learning Hub 2010.
  4. ↑ Breuer 2012.
  5. ↑ Boggs 2006.
  6. ↑ Scarre 2005.
  7. ↑ Hodges, S.C. (2010). „Soil fertility basics“ (PDF). Soil Science Extension, North Carolina State University. Посетено на 8 December 2020.
  8. ↑ Nesse, William D. (2000). Introduction to mineralogy. New York: Oxford University Press. стр. 252–257. ISBN 9780195106916.
  9. 1 2 Грешка во наводот: Погрешна ознака <ref>; нема зададено текст за наводите по име Bailey.
  10. ↑ Środoń, J. (2006). „Chapter 12.2 Identification and Quantitative Analysis of Clay Minerals“. Developments in Clay Science. 1: 765–787. Bibcode:2006DevCS...1..765S. doi:10.1016/S1572-4352(05)01028-7. ISBN 9780080441832.
  11. ↑ Murad, Enver (1998). „Clays and clay minerals: What can Mössbauer spectroscopy do to help understand them?“. Hyperfine Interactions. 117 (1/4): 39–70. Bibcode:1998HyInt.117...39M. doi:10.1023/A:1012635124874.
  12. ↑ Kloprogge, J.T. (2017). „Raman Spectroscopy of Clay Minerals“. Developments in Clay Science. 8: 150–199. Bibcode:2017DevCS...8..150K. doi:10.1016/B978-0-08-100355-8.00006-0. ISBN 9780081003558.
  13. ↑ Rajkumar, K.; Ramanathan, A. L.; Behera, P. N. (September 2012). „Characterization of clay minerals in the Sundarban mangroves river sediments by SEM/EDS“. Journal of the Geological Society of India. 80 (3): 429–434. Bibcode:2012JGSI...80..429R. doi:10.1007/s12594-012-0161-5.
  14. ↑ Weaver, R. (2003). „Rediscovering polarized light microscopy“ (PDF). American Laboratory. 35: 55–61. Посетено на 20 September 2021.[мртва врска]
  15. ↑ Georgia Institute of Technology (20 Dec 2012). „Clays on Mars: More plentiful than expected“. Science Daily. Посетено на 22 March 2019.
  16. ↑ „The surface composition of Ceres: Discovery of carbonates and iron-rich clays“ (PDF). Icarus. 185 (2): 563–567. 2006. Bibcode:2006Icar..185..563R. doi:10.1016/j.icarus.2006.08.022.
  17. ↑ Harwood, William (October 11, 2023). „NASA's recovered Bennu asteroid samples show evidence of carbon and water, scientists say“. CBS News. Посетено на October 16, 2023.
  18. ↑ „The origin of life in comets“. Int. J. Astrobiol. 6 (4): 321–323. 2007. Bibcode:2007IJAsB...6..321N. doi:10.1017/S1473550407003941.
  19. ↑ Greicius T (26 May 2015). „Clay-Like Minerals Found on Icy Crust of Europa“. NASA. Архивирано од изворникот на 24 September 2016. Посетено на 21 December 2013.
  20. 1 2 3 4 Nesse 2000.
  21. 1 2 3 4 „The Clay Mineral Group“. Amethyst Galleries. 1996. Архивирано од изворникот на 27 December 2005. Посетено на 22 February 2007.
  22. ↑ Agle DC, Brown D (12 March 2013). „NASA Rover Finds Conditions Once Suited for Ancient Life on Mars“. NASA. Посетено на 12 March 2013.
  23. ↑ Wall M (12 March 2013). „Mars Could Once Have Supported Life: What You Need to Know“. Space.com. Посетено на 12 March 2013.
  24. ↑ Chang K (12 March 2013). „Mars Could Once Have Supported Life, NASA Says“. The New York Times. Посетено на 12 March 2013.
  25. ↑ Moore DM, Reynolds Jr RC (1997). X-Ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals (2nd. изд.). Oxford: Oxford University Press. ISBN 9780195087130. OCLC 34731820.
  26. ↑ Fundamentals of Soil Behavior, 3rd Edition James K. Mitchell, Kenichi Soga. ISBN 978-0-471-46302-3, Table 3.9.
  27. ↑ Cairns-Smith, Graham (2 September 1982). Genetic Takeover and the Mineral Origins of Life. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-23312-7. OCLC 7875600.
  28. ↑ Dawkins, Richard (1996). The Blind Watchmaker (Reissue with a new introduction. изд.). New York: W.W. Norton & Company. стр. 148–161. ISBN 978-0-393-31570-7. OCLC 35648431.
  29. ↑ Huang, Wenhua; Ferris, James P. (12 July 2006). „One-Step, Regioselective Synthesis of up to 50-mers of RNA Oligomers by Montmorillonite Catalysis“. Journal of the American Chemical Society. 128 (27): 8914–8919. Bibcode:2006JAChS.128.8914H. doi:10.1021/ja061782k. PMID 16819887.
  30. ↑ Subramaniam, Anand Bala; Wan, Jiandi; Gopinath, Arvind; Stone, Howard A. (2011). „Semi-permeable vesicles composed of natural clay“. Soft Matter. 7 (6): 2600–2612. arXiv:1011.4711. Bibcode:2011SMat....7.2600S. doi:10.1039/c0sm01354d.
  31. ↑ Hartman, Hyman (1998). „Photosynthesis and the Origin of Life“. Origins of Life and Evolution of Biospheres. 28 (4–6): 515–521. Bibcode:1998OLEB...28..515H. doi:10.1023/A:1006548904157. PMID 11536891.
  32. ↑ Chrzanowski, Wojciech; Kim, Sally Yunsun; Abou Neel, Ensanya Ali (2013). „Biomedical Applications of Clay“. Australian Journal of Chemistry. 66 (11): 1315. doi:10.1071/CH13361.
  33. ↑ Andrejkovičová, S.; Velosa, A.L.; Ferraz, E.; Rocha, F. (2014). „Influence of clay minerals addition on mechanical properties of air lime–metakaolin mortars“. Construction and Building Materials (англиски). 65: 132–139. doi:10.1016/j.conbuildmat.2014.04.118.
  34. ↑ Chanturiya, V.A.; Minenko, V.G.; Makarov, D.V. (2018). „Advanced Techniques of Saponite Recovery from Diamond Processing Plant Water and Areas of Saponite Application“. Minerals. 8 (12): 549. Bibcode:2018Mine....8..549C. doi:10.3390/min8120549.Предлошка:CC-notice
  35. ↑ Pashkevich, M.A.; Alekseenko, A.V. (2020). „Reutilization Prospects of Diamond Clay Tailings at the Lomonosov Mine, Northwestern Russia“. Minerals. 10 (6): 517. Bibcode:2020Mine...10..517P. doi:10.3390/min10060517.Предлошка:CC-notice
  36. ↑ Mitchell, James Kenneth, 1930–Fundamentals of soil behavior /James K. Mitchell, Kenichi Soga.—3rd ed. p/85-100
  37. ↑ Siever, Raymond (2019). „Argillaceous rocks“. Access Science (англиски). doi:10.1036/1097-8542.049900.

Цитати

[уреди | уреди извор]
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Глинест_минерал&oldid=5530911“