Khoáng chất đất sét: phân loại, thành phần, tính chất và ứng dụng

2024 Tác giả: Henry Conors | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-02-12 14:32

Khoáng chất đất sét là nhôm phyllosilicat trong nước, đôi khi có lẫn các tạp chất khác nhau của sắt, magiê, kim loại kiềm và kiềm thổ, và các cation khác được tìm thấy trên hoặc gần một số bề mặt hành tinh.

Chúng hình thành khi có nước, và đã từng rất quan trọng đối với sự xuất hiện của sự sống, đó là lý do tại sao nhiều lý thuyết về sự bào sinh bao gồm chúng trong quá trình này. Chúng là thành phần quan trọng của đất và có lợi cho con người từ thời cổ đại trong nông nghiệp và sản xuất.

Giáo dục

Clays tạo thành các tấm hình lục giác phẳng tương tự như micas. Khoáng sét là các sản phẩm phong hóa thông thường (bao gồm cả phong hóa fenspat) và các sản phẩm nhiệt độ thấp của quá trình biến đổi nhiệt dịch. Chúng rất phổ biến trong đất, trong đá trầm tích hạt mịn như đá phiến sét, đá bùn và đá phù sa, cũng như trong đá phiến biến chất hạt mịn và phyllit.

Tính năng

Khoáng chất đất sét thường (nhưng không nhất thiết) có kích thước siêu mịn. Chúng thường được coi là nhỏ hơn 2 micromet trong phân loại kích thước hạt tiêu chuẩn, vì vậy các kỹ thuật phân tích đặc biệt có thể được yêu cầu để xác định và nghiên cứu chúng. Chúng bao gồm nhiễu xạ tia X, kỹ thuật nhiễu xạ điện tử, các phương pháp quang phổ khác nhau như quang phổ Mössbauer, quang phổ hồng ngoại, quang phổ Raman và SEM-EDS, hoặc các quy trình khoáng vật học tự động. Các phương pháp này có thể được bổ sung bằng kính hiển vi ánh sáng phân cực, một kỹ thuật truyền thống thiết lập các hiện tượng cơ bản hoặc các mối quan hệ thạch học.

Phân phối

Do nhu cầu về nước, khoáng sét tương đối hiếm trong hệ mặt trời, mặc dù chúng phổ biến trên Trái đất, nơi nước tương tác với các khoáng chất và chất hữu cơ khác. Chúng cũng đã được tìm thấy ở một số nơi trên sao Hỏa. Quang phổ đã xác nhận sự hiện diện của chúng trên các tiểu hành tinh và các hành tinh, bao gồm hành tinh lùn Ceres và Tempel 1, và mặt trăng Europa của sao Mộc.

Phân loại

Khoáng sét chính được bao gồm trong các cụm sau:

• Nhóm kaolin, bao gồm các khoáng chất kaolinit, dickit, halloysit và nakrit (đa hình của Al2Si2O5 (OH) 4). Một số nguồn bao gồm nhóm kaolinit-serpentine do sự giống nhau về cấu trúc (Bailey1980).
• NhómSmectite, bao gồm các smectit hai mặt như montmorillonite, nontronit và beidellit và các smectit ba mặt như saponit. Vào năm 2013, các cuộc kiểm tra phân tích của Curiosity rover cho thấy kết quả phù hợp với sự hiện diện của khoáng chất đất sét smectite trên hành tinh sao Hỏa.
• Nhóm mù chữ, bao gồm micas đất sét. Mù chữ là khoáng chất phổ biến duy nhất trong nhóm này.
• Nhóm clorit bao gồm nhiều loại khoáng chất tương tự với sự biến đổi hóa học đáng kể.

Các loài khác

Có những loại khoáng chất khác như sepiolite hoặc attapulgite, đất sét có các kênh nước dài bên trong cấu trúc. Các biến thể sét lớp hỗn hợp có liên quan đến hầu hết các nhóm nói trên. Việc đặt hàng được mô tả là đặt hàng ngẫu nhiên hoặc thông thường và được mô tả thêm bằng thuật ngữ "Reichweit", có nghĩa là "phạm vi" hoặc "phạm vi" trong tiếng Đức. Ví dụ, các bài báo văn học đề cập đến loại thuốc bôi mù chữ R1. Loại này được bao gồm trong danh mục ISISIS. Mặt khác, R0 mô tả một thứ tự ngẫu nhiên. Ngoài những thứ này, bạn cũng có thể tìm thấy các kiểu đặt hàng mở rộng khác (R3, v.v.). Các khoáng sét lớp hỗn hợp, là loại hoàn hảo của R1, thường có tên riêng. Chlorite-smectite được sắp xếp theo thứ tự R1 được gọi là nơi sửa chữa, R1 - illite-smectite - rectorite.

Học lịch sử

Kiến thức về bản chất của đất sét, trở nên dễ hiểu hơnvào những năm 1930 với sự phát triển của công nghệ nhiễu xạ tia X cần thiết để phân tích bản chất phân tử của các hạt đất sét. Tiêu chuẩn của thuật ngữ xuất hiện trong giai đoạn này là tốt, trong đó đặc biệt chú ý đến các từ tương tự đã dẫn đến sự nhầm lẫn như lá và máy bay.

Giống như tất cả phyllosilicates, khoáng chất đất sét được đặc trưng bởi tấm hai chiều của SiO4 góc tứ diện và / hoặc AlO4 octahedra. Tấm khối có một thành phần hóa học (Al, Si) 3O4. Mỗi tứ diện cổ phần silicon 3 nguyên tử oxy đỉnh của nó với tứ diện khác, tạo thành một mạng hình lục giác theo hai chiều. Đỉnh thứ tư không được chia sẻ với một tứ diện, và tất cả các tứ diện "điểm" trong cùng một hướng. Tất cả các đỉnh trọn vẹn là trên cùng một bên của tấm.

Cấu trúc

Trong đất sét, tấm tứ diện luôn liên kết với tấm bát diện, hình thành từ cation nhỏ như nhôm hoặc magiê, và điều phối bởi sáu nguyên tử oxy. Đỉnh duy nhất của tấm tứ diện cũng là một phần của một phía của bát diện, nhưng nguyên tử oxy phụ nằm phía trên lỗ hổng trong các tấm tứ diện ở trung tâm trong sáu tứ diện. nguyên tử oxy này được liên kết với các nguyên tử hydro hình thành các nhóm OH trong cấu trúc bằng đất sét.

Đất sét có thể được phân loại theo cách tấm tứ diện và bát diện được đóng gói thành các lớp. Nếu mỗi lớp chỉ có một tứ diện và bát diện một nhóm, sau đó nó thuộc về tỷ lệ 1: loại 1. Một thay thế được gọi là 2: 1 sét có hai tấm tứ diện vớiđỉnh không bị chia cắt của mỗi người trong số họ, hướng về nhau và tạo thành mỗi cạnh của trang hình bát giác.

Sự kết nối giữa các tấm tứ diện và bát diện đòi hỏi tấm tứ diện trở nên gấp khúc hoặc xoắn, gây ra sự biến dạng theo phương của ma trận lục giác và tấm bát diện bị phẳng. Điều này giảm thiểu sự biến dạng hóa trị tổng thể của tinh thể.

Tùy thuộc vào thành phần của các tấm tứ diện và bát diện, lớp sẽ không có điện tích hoặc sẽ có điện tích âm. Nếu các lớp được tích điện, điện tích này được cân bằng bởi các cation xen kẽ như Na + hoặc K +. Trong mỗi trường hợp, lớp trung gian cũng có thể chứa nước. Cấu trúc tinh thể được hình thành từ một chồng lớp nằm giữa các lớp khác.

Hóa học đất sét

Bởi vì hầu hết đất sét được làm từ khoáng chất, chúng có tính tương hợp sinh học cao và các đặc tính sinh học thú vị. Do hình dạng đĩa và bề mặt tích điện, đất sét tương tác với nhiều loại đại phân tử như protein, polyme, DNA, v.v. Một số ứng dụng cho đất sét bao gồm phân phối thuốc, kỹ thuật mô và in sinh học.

Hóa học đất sét là một ngành hóa học ứng dụng nghiên cứu cấu trúc hóa học, tính chất và phản ứng của đất sét, cũng như cấu trúc và tính chất của khoáng sét. Nó là một lĩnh vực liên ngành, kết hợp các khái niệm và kiến thức từ vô cơ và cấu trúchóa học, hóa học vật lý, hóa học vật liệu, hóa học phân tích, hóa học hữu cơ, khoáng vật học, địa chất và những thứ khác.

Việc nghiên cứu hóa học (và vật lý) của đất sét và cấu trúc của khoáng sét có tầm quan trọng lớn về mặt học thuật và công nghiệp, vì chúng là một trong những khoáng sản công nghiệp được sử dụng rộng rãi nhất được sử dụng làm nguyên liệu (gốm sứ, v.v.), chất hấp phụ, chất xúc tác, v.v.

Tầm quan trọng của Khoa học

Các đặc tính độc đáo của khoáng sét đất, chẳng hạn như cấu trúc phân lớp ở quy mô nanomet, sự hiện diện của các điện tích cố định và hoán đổi cho nhau, khả năng hấp thụ và giữ lại (xen kẽ) các phân tử, khả năng hình thành phân tán keo ổn định, khả năng biến đổi bề mặt riêng lẻ và biến đổi hóa học xen kẽ, và những thứ khác khiến nghiên cứu hóa học đất sét là một lĩnh vực nghiên cứu rất quan trọng và cực kỳ đa dạng.

Nhiều lĩnh vực kiến thức khác nhau bị ảnh hưởng bởi hành vi hóa lý của khoáng sét, từ khoa học môi trường đến kỹ thuật hóa học, từ gốm sứ đến quản lý chất thải hạt nhân.

Khả năng trao đổi cation (CEC) của chúng có tầm quan trọng lớn trong việc cân bằng các cation dồi dào nhất trong đất (Na +, K +, NH4 +, Ca2 +, Mg2 +) và kiểm soát độ pH, ảnh hưởng trực tiếp đến độ phì nhiêu của đất. Việc nghiên cứu đất sét (và khoáng chất) cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc xử lý Ca2 +, thường từ đất liền (nước sông) ra biển. Khả năng sửa đổi và kiểm soát thành phần và hàm lượng của khoáng chất cung cấp một công cụ có giá trị trong phát triểnchất hấp phụ chọn lọc với các ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như, tạo ra các cảm biến hóa học hoặc chất làm sạch cho nước bị ô nhiễm. Khoa học này cũng đóng một vai trò rất lớn trong việc phân loại các nhóm khoáng sét.