Galian tanah liat: klasifikasi, komposisi, sifat dan aplikasi

2024 Pengarang: Henry Conors | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-02-12 11:03

Mineral tanah liat ialah phyllosilicates aluminium berair, kadangkala dengan pelbagai kekotoran besi, magnesium, logam alkali dan alkali tanah serta kation lain yang terdapat pada atau berhampiran beberapa permukaan planet.

Ia terbentuk di hadapan air, dan pernah penting untuk kemunculan kehidupan, itulah sebabnya banyak teori abiogenesis memasukkannya dalam proses ini. Ia merupakan juzuk penting dalam tanah dan telah memberi manfaat kepada manusia sejak zaman purba dalam bidang pertanian dan pembuatan.

Pendidikan

Tanah liat membentuk kepingan heksagon rata yang serupa dengan mika. Mineral tanah liat ialah hasil luluhawa biasa (termasuk luluhawa feldspar) dan hasil pengubahan hidroterma suhu rendah. Ia sangat biasa dalam tanah, dalam batuan enapan berbutir halus seperti syal, batu lumpur dan batu lodak, serta dalam syal metamorfik berbutir halus dan phyllite.

Ciri

Galian tanah liat biasanya (tetapi tidak semestinya) bersaiz sangat halus. Ia biasanya dianggap kurang daripada 2 mikrometer dalam klasifikasi saiz zarah standard, jadi teknik analisis khas mungkin diperlukan untuk mengenal pasti dan mengkajinya. Ini termasuk pembelauan sinar-X, teknik pembelauan elektron, pelbagai kaedah spektroskopi seperti spektroskopi Mössbauer, spektroskopi inframerah, spektroskopi Raman dan SEM-EDS, atau proses mineralogi automatik. Kaedah ini boleh ditambah dengan mikroskop cahaya terpolarisasi, teknik tradisional yang mewujudkan fenomena asas atau hubungan petrologi.

Pengedaran

Memandangkan keperluan air, mineral tanah liat agak jarang berlaku dalam sistem suria, walaupun ia tersebar luas di Bumi, di mana air berinteraksi dengan mineral dan bahan organik lain. Mereka juga telah ditemui di beberapa tempat di Marikh. Spektrografi telah mengesahkan kehadiran mereka pada asteroid dan planetoid, termasuk planet kerdil Ceres dan Tempel 1, dan bulan Musytari Europa.

Klasifikasi

Galian tanah liat utama termasuk dalam kelompok berikut:

Kumpulan Kaolin, yang merangkumi mineral kaolinit, dikkit, halloysit dan nakrit (polimorf Al2Si2O5 (OH) 4). Beberapa sumber termasuk kumpulan kaolinit-serpentin kerana persamaan struktur (Bailey1980).
Kumpulan Smektit, yang merangkumi smektit dioktahedral seperti montmorilonit, nontronit dan beidellite dan smektit trioktahedral seperti saponit. Pada tahun 2013, ujian analisis oleh rover Curiosity mendapati keputusan yang konsisten dengan kehadiran mineral tanah liat smectite di planet Marikh.
Kumpulan buta huruf, yang termasuk mika tanah liat. Ilite ialah satu-satunya mineral biasa dalam kumpulan ini.
Kumpulan klorit termasuk pelbagai jenis mineral serupa dengan variasi kimia yang ketara.

Spesies lain

Terdapat jenis mineral lain seperti sepiolit atau attapulgit, tanah liat dengan saluran air yang panjang dalam struktur. Variasi tanah liat lapisan campuran adalah relevan untuk kebanyakan kumpulan yang disebutkan di atas. Pesanan diterangkan sebagai pesanan rawak atau biasa dan diterangkan lagi dengan istilah "Reichweit", yang bermaksud "julat" atau "liputan" dalam bahasa Jerman. Artikel kesusasteraan merujuk, sebagai contoh, kepada pesanan illite-smectite R1. Jenis ini termasuk dalam kategori ISISIS. R0, sebaliknya, menerangkan susunan rawak. Selain daripada ini, anda juga boleh mencari jenis pesanan lanjutan lain (R3, dsb.). Mineral tanah liat lapisan campuran, yang merupakan jenis R1 yang sempurna, sering mendapat nama mereka sendiri. Klorit-smektit tertib R1 dikenali sebagai corrensite, R1 - illite-smectite - rectorite.

Sejarah kajian

Pengetahuan tentang sifat tanah liat, menjadi lebih difahamipada tahun 1930-an dengan perkembangan teknologi pembelauan sinar-X yang diperlukan untuk menganalisis sifat molekul zarah tanah liat. Penyeragaman istilah muncul dalam tempoh ini juga, dengan perhatian khusus kepada perkataan serupa yang membawa kepada kekeliruan seperti daun dan satah.

Seperti semua phyllosilicates, mineral tanah liat dicirikan oleh kepingan dua dimensi tetrahedra sudut SiO4 dan/atau AlO4 octahedra. Blok kepingan mempunyai komposisi kimia (Al, Si) 3O4. Setiap tetrahedron silikon berkongsi 3 daripada atom oksigen puncaknya dengan tetrahedra lain, membentuk kekisi heksagon dalam dua dimensi. Puncak keempat tidak dikongsi dengan tetrahedron lain, dan semua "titik" tetrahedra ke arah yang sama. Semua bucu yang tidak berbelah bahagi berada pada bahagian yang sama pada helaian.

Struktur

Dalam tanah liat, kepingan tetrahedral sentiasa terikat pada kepingan oktahedral, terbentuk daripada kation kecil seperti aluminium atau magnesium, dan diselaraskan oleh enam atom oksigen. Puncak tunggal helaian tetrahedral juga membentuk sebahagian daripada satu sisi oktahedral, tetapi atom oksigen tambahan terletak di atas celah dalam helaian tetrahedral di tengah enam tetrahedral. Atom oksigen ini terikat pada atom hidrogen yang membentuk kumpulan OH dalam struktur tanah liat.

Tanah liat boleh dikategorikan mengikut cara helaian tetrahedral dan oktahedral dibungkus ke dalam lapisan. Jika setiap lapisan hanya mempunyai satu kumpulan tetrahedral dan satu kumpulan oktahedral, maka ia tergolong dalam kategori 1:1. Alternatif yang dikenali sebagai tanah liat 2:1 mempunyai dua helaian tetrahedral denganbucu yang tidak berbelah bagi setiap satu daripadanya, menghala ke arah satu sama lain dan membentuk setiap sisi helaian segi lapan.

Sambungan antara helaian tetrahedral dan oktahedral memerlukan helaian tetrahedral menjadi beralun atau berpintal, menyebabkan herotan ditrigon matriks heksagon dan helaian oktahedral menjadi rata. Ini meminimumkan herotan valens keseluruhan kristalit.

Bergantung pada komposisi helaian tetrahedral dan oktahedral, lapisan itu tidak akan mempunyai cas atau akan mempunyai yang negatif. Jika lapisan dicas, cas ini diseimbangkan oleh kation interlayer seperti Na+ atau K+. Dalam setiap kes, lapisan perantaraan juga mungkin mengandungi air. Struktur kristal terbentuk daripada timbunan lapisan yang terletak di antara lapisan lain.

Kimia tanah liat

Oleh kerana kebanyakan tanah liat diperbuat daripada mineral, ia mempunyai biokompatibiliti yang tinggi dan sifat biologi yang menarik. Oleh kerana bentuk cakera dan permukaan bercasnya, tanah liat berinteraksi dengan pelbagai jenis makromolekul seperti protein, polimer, DNA, dsb. Beberapa aplikasi untuk tanah liat termasuk penghantaran ubat, kejuruteraan tisu dan pencetakan bio.

Kimia tanah liat ialah disiplin kimia terpakai yang mengkaji struktur kimia, sifat dan tindak balas tanah liat, serta struktur dan sifat mineral tanah liat. Ia adalah bidang antara disiplin, menggabungkan konsep dan pengetahuan daripada bukan organik dan struktur.kimia, kimia fizikal, kimia bahan, kimia analitik, kimia organik, mineralogi, geologi dan lain-lain.

Kajian kimia (dan fizik) tanah liat dan struktur mineral tanah liat mempunyai kepentingan akademik dan perindustrian yang besar, kerana ia adalah antara mineral industri yang paling banyak digunakan sebagai bahan mentah (seramik, dll.), penjerap, pemangkin dsb.

Kepentingan Sains

Sifat unik mineral tanah liat, seperti struktur berlapis skala nanometer, kehadiran cas tetap dan boleh ditukar ganti, keupayaan untuk menjerap dan mengekalkan (interkalate) molekul, keupayaan untuk membentuk penyebaran koloid yang stabil, kemungkinan pengubahsuaian permukaan individu dan pengubahsuaian kimia antara lapisan, dan lain-lain menjadikan kajian kimia tanah liat adalah bidang pengajian yang sangat penting dan sangat pelbagai.

Banyak bidang pengetahuan yang berbeza dipengaruhi oleh tingkah laku fizikokimia mineral tanah liat, daripada sains alam sekitar kepada kejuruteraan kimia, daripada seramik kepada pengurusan sisa nuklear.

Keupayaan pertukaran kation (CEC) mereka adalah sangat penting dalam mengimbangi kation yang paling banyak dalam tanah (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) dan kawalan pH, yang secara langsung menjejaskan kesuburan tanah. Kajian tentang tanah liat (dan mineral) juga memainkan peranan penting dalam menangani Ca2+, yang biasanya datang dari darat (air sungai) ke laut. Keupayaan untuk mengubah suai dan mengawal komposisi dan kandungan mineral menawarkan alat yang berharga dalam pembangunanpenjerap terpilih dengan pelbagai aplikasi, seperti, sebagai contoh, penciptaan penderia kimia atau agen pembersih untuk air tercemar. Sains ini juga memainkan peranan yang besar dalam pengelasan kumpulan mineral tanah liat.