Pedras de argila ocupam uma posição intermediária entre rochas clásticas e químicas típicas. Sua formação está associada à destruição química de rochas, mas não podem ser classificadas como precipitação química, uma vez que os argilominerais não precipitam a partir de soluções.
Rochas argilosas incluem rochas que consistem em mais de 50% de partículas menores que 0,01 mm e contendo pelo menos 25% de partículas< 0,001 мм. Автор проводит границу между алевритами и глинами по 0,005 мм.

Mineral e composição química argila

Condições de educação

Aparência macroscópica e estrutura das argilas. Suas propriedades

Argila hidromica

Argila caulinita

Argila montmorilonita

Entre as rochas argilosas, que representam pelo menos 60% do volume total das rochas sedimentares, as argilas são muito difundidas e mais completamente estudadas.
M. F. Vikulova sugere que as argilas devem ser entendidas como rochas polidispersas e poliminerais complexas, que são compostas principalmente por argilominerais com uma mistura de minerais não argilosos (clásticos e autigênicos). As argilas geralmente contêm resíduos orgânicos, matéria orgânica, cátions absorvidos e sais facilmente solúveis.
Nos últimos anos, grande sucesso tem sido alcançado no estudo de rochas argilosas, principalmente na área de mineralogia argilosa. Numerosos estudos químicos estruturais e cristalinos minerais argilosos permitiu esclarecer ideias sobre a estrutura cristalina de alguns tipos de argilominerais. As conquistas mais significativas estão associadas ao estudo de séries isomórficas e intercrescimentos de camadas mistas de argilominerais. Claras possibilidades foram estabelecidas para a utilização do padrão de difração de raios X para identificar essas duas complicações, que introduzem, como se pensava anteriormente, dificuldades intransponíveis na caracterização mineralógica de rochas argilosas. Com base nessas conquistas, chegamos finalmente à possibilidade de interpretar objetivamente os dados de estudos estruturais e químicos de rochas argilosas, identificando os argilominerais que realmente existem nelas e seus intercrescimentos de camadas mistas de tipo desordenado.

Foi revelado (Weaver, 1959) que um tipo especial de mistura de argilominerais é difundido nas rochas sedimentares, que são representadas por formações de camadas mistas, produtos característicos de mudanças diagenéticas dos principais tipos de argilominerais (hidrômica, montmorilonita, clorita , minerais de caulim, etc.). As formações de camadas mistas revelaram-se especialmente comuns. série hidromica-montmorilonita, clorita-vermiculita e, provavelmente, caulinita-hidrômica. As formações de camadas mistas, juntamente com o isomorfismo normal, determinam grandes variações na composição das rochas argilosas.

É claro que nem tudo sobre este problema nos parece claro e compreensível. A mineralogia e a petrografia das argilas estão agora em rápido desenvolvimento. Isto é evidenciado por centenas de artigos em revistas científicas de muitos países, coleções, monografias, manuais sobre mineralogia da argila e até mesmo pelo surgimento de novas periódicos, dedicado a esses problemas (nos EUA e na Inglaterra). Estes são principalmente os resultados de estudos químicos estruturais e cristalinos de argilominerais e rochas, realizados por meio de métodos de raios X.

Argilas são rochas poliminerais, que incluem:
a) minerais argilosos - caulinita, montmorilonita, clorita, vermiculita, haloisita, hidromicas e formações de camadas mistas. Esses minerais constituem as frações de argila de granulação mais fina (pré-coloidal e coloidal); são menos comuns entre as partículas siltosas;

b) grãos detríticos de minerais de quartzo, feldspatos, mica, minerais pesados, etc.; minerais semelhantes são distribuídos predominantemente em siltes arenosos e, em menor extensão, em frações siltosas de argilas;

c) minerais não argilosos singenéticos e epigenéticos que surgiram simultaneamente com o sedimento argiloso ou em processo de sua transformação em rocha durante sua transformação (hidrômica e óxidos de ferro, carbonatos, sulfatos, fosfatos, opalas, etc.); Normalmente, esses minerais ocorrem em frações > 0,001 mm e formam parcialmente grandes inclusões.

Além disso, as argilas contêm bases trocáveis ​​de álcalis e alcalino-terrosos (cátions absorvidos) e matéria orgânica, também confinada principalmente à fração coloidal. Às vezes, as argilas contêm sais que caíram da água de forma puramente química, que se espalham nas argilas salgadas e em resíduos orgânicos.

Composição mineral e química das argilas

Os minerais argilosos são divididos em amorfos e cristalinos. Os amorfos não desempenham um papel significativo entre as rochas argilosas. Os argilominerais cristalinos são divididos em vários grupos, entre os quais o papel principal é desempenhado pela caulinita, montmorilonita e minerais do grupo hidromica. Os minerais do grupo clorito, encontrados em argilas de estratos halogênios em sedimentos modernos e cimentos argilosos, são menos comuns (Pisarchik, 1956; Grim, 1956; Millot, 1953, 1954). Eles são caracterizados por um tipo de estrutura em camadas, uma vez que os elementos incluídos em sua composição formam camadas que podem ser consideradas como um denso empacotamento de oxigênio e íons hidroxila. Cátions menores estão localizados em vazios tetraédricos e octaédricos entre os ânions, formando o empacotamento mais próximo.

Camadas tetraédricas (silício-oxigênio ou alumínio-silício-oxigênio) alternam-se com camadas octaédricas (contendo Mg, Al, Fe, etc.), que estão em conexão não apenas com o oxigênio, mas também com a hidroxila. Essas camadas formam sacos de duas e três camadas. A pilha de duas camadas consiste em camadas tetraédricas e octaédricas. O de três camadas consiste em duas camadas tetraédricas e uma camada octaédrica localizadas entre elas. A ligação entre eles é feita por meio de íons comuns de oxigênio localizados nos vértices dos tetraedros e octaedros.

O isolamento de minerais individuais é geralmente realizado de acordo com a natureza da estrutura em camadas, o número de camadas na embalagem - de acordo com as características físico-químicas das camadas de silicato e a composição química das argilas.?

Pacotes de duas camadas formam as estruturas dos minerais do grupo caulinita; três camadas - estruturas dos grupos montmorilonita, vermiculita e hidromica; pacotes de estruturas de camada única e de duas camadas - minerais do grupo clorito.

Os mais estudados são os minerais do grupo da caulinita. Este grupo inclui caulinita Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O e haloisita Al 2 O 3 2SiO 2 -4H 2 O, ou seja, minerais cuja estrutura é representada por pacotes de duas camadas.

A caulinita é caracterizada por uma capacidade de absorção de troca insignificante e uma resistência muito significativa na zona de intemperismo. A forma das partículas de caulinita em um microscópio eletrônico é diferente. A caulinita, resultante da cristalização de géis de alumínio-silício, é encontrada na forma de placas hexagonais, geralmente opacas. A halloysita é menos estável em comparação com a caulinita e, segundo I. I. Ginzburg, através da metahaloysita pode se transformar em caulinita; tem uma capacidade de troca de base ligeiramente maior. A halloysita não forma acumulações de folhas e é encontrada como uma mistura principalmente na caulinita, menos frequentemente na beidelita e em algumas argilas caulinita-hidrômica. Atinge seu maior desenvolvimento (lentes, inclusões) na crosta meteorológica, tanto antiga quanto moderna.

Halloysite é caracterizada por uma forma de cristal alongada com contornos nítidos. O tamanho dos cristais de haloisita varia amplamente.

Os minerais do grupo montmorilonita possuem uma composição química mais diversificada e uma capacidade significativa de troca catiônica sem perturbar sua estrutura cristalina. A estrutura dos minerais do grupo montmorilonita é representada por pacotes de três camadas, constituídos por duas camadas de tetraedros, que são conectadas por uma camada octaédrica. Característica é a capacidade das camadas se separarem (incharem) sob a influência da água e dos compostos orgânicos que ocupam uma posição intercamada nas estruturas.

A fórmula química ideal da montmorilonita é Al 2 O 3 SiO 2 + nH 2 O. A substituição do alumínio por magnésio leva à formação de montmorilonita de magnésio (saponita) 3MgO 4SiO 2 H 2 O + nH 2 O. Se o elemento substituto for o ferro , então a nontronita Fe 2 O aparece 3 4Si 2 H 2 O + nO.

A montmorilonita ocorre em argilas em diversas variedades morfológicas, característica comum que é a imprecisão dos contornos das partículas.
Os minerais do grupo hidromico possuem composição química variável e são pouco estudados. Este grupo inclui hidromuscovita, ilita, glauconita e alguns outros minerais. A composição química é caracterizada por um teor intermediário de Al 2 O 3 e K 2 O em relação às argilas caulinita e montmorilonita. Sua característica é o alto teor de K 2 O (de 4 a 6,23%, segundo Vikulova).

As estruturas da hidromica são caracterizadas por camadas de três andares que não se separam sob a influência de moléculas de água e compostos orgânicos. As hidromicas estão associadas por uma transição gradual com outros minerais argilosos. Eles não incham e têm pouca capacidade de troca catiônica.

O grupo beidelite inclui uma variedade de argilas que diferem acentuadamente umas das outras em sua estrutura cristalina, composição química e propriedades.

Alguns pesquisadores (Brown, 1955; Mac Ewan, 1951, etc.) classificam a beidelita como membro do grupo montmorilonita e acreditam que ela forma uma série isomórfica com eles. Outros (Grim, Rowland) consideram as beidelitas como misturas de vários minerais argilosos: caulinita, montmorilonita, hidromica e hidratos de óxido de ferro. A este respeito, Grim acredita que o termo beidelite deveria ser retirado de uso.

Condições de educação

A maioria dos argilominerais é formada em uma certa acidez do ambiente aquático. Por exemplo, os minerais do grupo montmorilonita requerem um ambiente alcalino. Pelo contrário, a caulinita e os minerais relacionados são formados apenas em ambiente ácido. Hydromicas ocorrem em ambientes ácidos e neutros e, menos frequentemente, alcalinos.

A natureza dos minerais argilosos formados depende em grande parte do clima, o que é especialmente perceptível nos sedimentos continentais. De acordo com isso, a composição mineral dos solos modernos varia nas diferentes zonas climáticas.

Entre os sedimentos lacustres, a caulinita e as argilas hidromicas são mais comuns nos estratos marinhos; a montmorilonita, a glauconita e as argilas hidromicas são as mais comuns; De argilas composição mista Quartzo-hidrômica, glauconita-hidrômica, etc. são especialmente comuns.

Em geral, a composição dos argilominerais é um indicador das condições físicas e geográficas de sua formação. Deve-se, no entanto, levar em conta que os argilominerais sofrem alterações significativas durante o processo de transporte, deposição e fossilização. À medida que passamos das argilas marinhas para as continentais, o teor de caulinita às vezes aumenta sensivelmente, uma vez que este mineral ocorre quase exclusivamente em terra, em pântanos, em seu ambiente ácido característico. Portanto, todas as argilas essencialmente cauliníticas são encontradas exclusivamente nos estratos continentais. Quando a caulinita entra nas águas alcalinas do mar, ela se transforma em hidromicas ou minerais do grupo montmorilonita.

A transformação dos minerais argilosos à medida que são transportados da terra para o mar foi demonstrada em sedimentos modernos e em estratos antigos por muitos pesquisadores (Vikulova, 1955; Millot, 1953, 1954; Murray, 1954; Grim e Jones, 1954; Griffin e Ingram , 1955).

Os minerais singenéticos encontrados entre eles também são sensíveis às condições de deposição de argila. Por exemplo, a glauconita é típica apenas de argilas marinhas e, à medida que a profundidade dos sedimentos aumenta, o tamanho dos grãos diminui e sua cor fica cada vez mais clara; gesso e dolomita são comuns em sedimentos lagunares; pirita e marcassita são típicas de argilas formadas em ambientes fortemente redutores. Com menos deficiência de oxigênio, ocorre siderita, etc.

Às vezes, os minerais singenéticos formam grandes nódulos, cuja composição pode ser muito característica para a determinação dos horizontes estratigráficos das argilas.

Dependendo da presença de certos minerais finamente dispersos, que geralmente constituem uma fração inferior a 0,001 mm nas argilas, a composição química das argilas varia amplamente.
A composição química e mineralógica da fração coloidal de várias argilas difere significativamente. As flutuações no conteúdo de alumina e álcalis são especialmente grandes. A perda por ignição também muda visivelmente. Essas alterações são explicadas pela heterogeneidade do ambiente geológico geral de formação das argilas, o que provoca uma alteração na sua composição mineralógica. Durante o intemperismo de curto prazo, o material clástico sofre apenas uma modificação relativamente fraca e, como consequência, as rochas argilosas contêm pouca alumina e muitos álcalis (argilas hidromicas). Com o intemperismo mais prolongado, os álcalis são removidos dos produtos de destruição das rochas-mãe e seu teor de alumina aumenta (argilas de caulinita). Análise química não dá uma visão completa da composição mineralógica das argilas. O alto teor de SiO 2 pode ser devido tanto à presença de mistura de quartzo na argila caulinita quanto à predominância de minerais do grupo montmorilonita, portanto um estudo abrangente deve ser realizado.

Aparência macroscópica e estrutura das argilas. Suas propriedades

Estas raças são caracterizadas por uma série de características, em particular algumas características de aparência. As argilas são rochas finamente dispersas, pintadas em diversas cores. A sua cor depende da composição mineral da massa argilosa e da presença de impurezas corantes. A caulinita, a hidromuscovita, a monotermita e algumas argilas montmorilonita são de cor branca, cinza claro e branco-amarelado. Algumas argilas hidromicas (especialmente glauconita), montmorilonita, não tronita e cloridrato são caracterizadas por uma cor azul esverdeada. A presença de substâncias orgânicas, mesmo em pequenas quantidades, determina a cor preta das argilas; uma mistura de pequenas partículas de clorita ou glauconita causa uma cor verde-azulada, etc.

Muitas variedades de argila são caracterizadas por finas camadas horizontais, às vezes marcadas por baforadas, com apenas alguns centésimos de milímetro de espessura. Algumas variedades de argilas (band clays) têm camadas rítmicas claramente definidas. Muitas argilas não possuem camadas macroscopicamente visíveis. Outras rochas argilosas são caracterizadas por texturas mosqueadas que surgem durante a sedimentação ou durante a diagênese. Em alguns casos, observam-se texturas planas que se formam durante o deslizamento de sedimentos argilosos ou como resultado do encolhimento irregular de lodos argilosos durante sua desidratação.

Os seguintes tipos de estruturas são observados nas argilas, devido ao tamanho das partículas que compõem a argila, ou aos processos de deposição de matéria a partir de soluções.

A) Pelítico - característico de rochas argilosas constituídas quase exclusivamente (mais de 90%) por partículas menores que 0,005 mm. Dependendo do grau de dispersão do material, as estruturas pelíticas são divididas em estruturas siltosas (predominância de partículas 0,005-0,001 mm) e gel (predominância de partículas< 0,001 мм). Глины с гелевой структурой исключительно мелкозернисты и обладают или скрыто-кристаллическим (тогда они изотропны в скрещенных николях), или частично кристаллическим строением за счет перекристаллизации пород во время окаменения.

b) Aleuropelítica - caracterizada por uma massa argilosa finamente dispersa, contra a qual se notam partículas siltosas (pelo menos 5%). Esta estrutura é característica de algumas argilas refratárias e de construção.
c) Psammopelite – difere da anterior pela presença, além de silte, também de partículas de areia. É frequentemente observado em argilas refratárias e de construção.

c) Fitopelito – típico de argilas de coloração escura e ricas em matéria orgânica. A massa finamente dispersa dessas argilas contém, como elemento formador de rocha, restos de plantas ou seus fragmentos, de diversos graus de preservação, bem como substâncias orgânicas coloidais dispersas.
e) Conglomerados e brechosos - são formados como resultado da erosão local de depósitos argilosos e cimentação dos fragmentos resultantes com matéria argilosa ou durante a diagênese.

f) A estrutura oóide (feijão) deve-se à presença na massa argilosa finamente dispersa de formações arredondadas (oóides) de vários tamanhos sem estrutura concêntrica, geralmente compostas pelo mesmo argilomineral de toda a massa. Os oóides são frequentemente corados com óxidos de ferro ou compostos orgânicos. Observam-se oóides compostos inteiramente por óxidos de ferro.
g) Estrutura oolítica - estrutura das rochas constituída por oólitos. A massa argilosa contém oóides e oólitos. Oólitos. geralmente com diversas concentrações que variam em composição e são compostos por argilominerais, como todo o grosso, óxidos de ferro, matéria orgânica fina, cloritos e outros minerais.
h) Esferolítico – ocorre em rochas argilosas devido ao aparecimento de esferulitos, geralmente calcita ou siderita, durante a fossilização.
i) Relíquia - caracterizada pelo fato de serem visíveis na rocha os contornos das partículas, devido à modificação das quais se formaram os argilominerais.

Para argilas, certos tipos de microtexturas podem ser distinguidos com base em locais diferentes partículas lamelares e sua orientação óptica desigual. Dentre as microtexturas, as seguintes são as mais comuns.
a) Fibroso emaranhado - caracterizado nos nicóis cruzados pela presença na seção de um entrelaçamento aleatório de fibras finas, extinguindo-se e iluminando-se alternadamente quando a mesa é girada.
b) Orientado - caracterizado pela presença de agregados de partículas com orientação óptica estritamente igual, que por isso se assemelham a um cristal em nicóis cruzados. Quando a seção é girada com nicóis cruzados, seções significativas dela escurecem ou clareiam simultaneamente. Uma microtextura semelhante é formada pela deposição silenciosa de partículas lamelares de minerais argilosos, em camadas paralelas umas às outras.
c) Escamoso - caracterizado por um arranjo aleatório de minerais argilosos.

Uma característica física característica das argilas, muito importante para a tecnologia, é a plasticidade, ou seja, a capacidade de uma massa de argila úmida mudar sua forma sob pressão e retê-la após a remoção da pressão. Com base nisso, todas as rochas argilosas são divididas em argilas propriamente ditas, que possuem plasticidade, e lamitos, ou seja, rochas semelhantes a pedras que não ficam encharcadas de água. Uma variedade única de argilitos são as argilas secas.

Argilas plásticas com alto teor de partículas de argila apresentam brilho oleoso e sedoso. Argilas finamente dispersas, mas não plásticas, geralmente apresentam uma fratura lisa ou concoidal, às vezes ligeiramente brilhante. Argilas com mistura de frações de areia e silte são caracterizadas por fraturas terrosas.

Outra propriedade característica das argilas que determina sua área de aplicação na indústria é a resistência ao fogo. Argilas refratárias são fundidas em temperaturas de 1580 a 1770°. São representados por variedades de caulinita, pura ou com mistura de monotermita.

Hydromica, a argila de tijolo mais difundida, derrete em temperaturas abaixo de 1350°.

A faixa de temperaturas de fusão e sinterização das argilas também é de grande importância. A sinterização de argilas ocorre como resultado da fusão local de partículas minerais, que ocorre sem deformação da argila. Quanto maior o intervalo de sinterização (às vezes chega a 300-400°), maior será o valor de produção das argilas. Como resultado da sinterização, a argila ou os produtos feitos a partir dela transformam-se em um material duro, semelhante a uma pedra, que não absorve água.

As argilas são por vezes caracterizadas pela sua capacidade de absorção, que é utilizada para purificar uma variedade de produtos minerais e orgânicos. As características das argilas também incluem viscosidade, baixa atividade química, capacidade de formar suspensões estáveis, etc.

Vários tipos de argilas são utilizados nas indústrias cerâmica, refratária, construção e outras.
Comparação das propriedades físicas e químicas básicas dos principais grupos de argilominerais
(de acordo com M. F. Vikulova)

Minerais argilosos

Propriedades físico-químicas da argila

Hydromica Kaolshshtov Argilas de montmorilonita e beidelita

Limites de mudanças nos índices de refração Birrefringência O aparecimento de agregados de partículas sob um microscópio convencional
O aparecimento de partículas em um microscópio eletrônico
Cor quando corado com solução de corante azul de metileno a 0,001%
O mesmo com a adição de uma solução saturada de KCl
Cor quando corado com solução saturada de cloridrato de benzidina
Capacidade de inchaço
Caráter da curva de aquecimento

1,560-1,600 . 0,014-0,020
Placas alongadas com bordas bem definidas
Placas alongadas translúcidas e opacas com contornos nítidos
Azul roxo, azul
Azul-violeta, azul, azul claro
Azul sujo e azul cinza
Menor
Três reações endotérmicas nas faixas de 100-150, 500-600 e 850-900° e às vezes uma reação exotérmica na faixa de 925-1020°

1,558-1,570
0,005-0,009
Placas isométricas ou alongadas com bordas irregulares
Placas opacas hexagonais e partículas de formato irregular com bordas bem definidas
Roxo claro desbotado
Roxo claro desbotado Não mancha
Insignificante
Uma reação endotérmica na faixa de 500-600° e duas reações exotérmicas na faixa de 900-1050 e 1100-1200°. Às vezes, outra pequena reação endotérmica na faixa de 100-150° (em argilas plásticas finas e em argilas com uma mistura de haloisita)

Em alguns casos, a adequação das argilas pode ser determinada pela sua aparência. Assim, argilas vermelhas ou marrons brilhantes, contendo muitos compostos de ferro, não podem ser à prova de fogo e cerâmicas. Se essas argilas de cores vivas forem homogêneas e não contiverem grandes inclusões de carbonatos, elas poderão ser tijolos. Se forem de granulação fina, podem ser utilizadas como tintas para cerâmica e, com teor significativo de óxidos de ferro, pertencem ao grupo das tintas minerais.

Argilas brancas, luz - cinza, luz - amarelo, luz rosa e luz verde pode haver à prova de fogo, refratários ou mesmo de baixo ponto de fusão se forem compostos por montmorilonita. Argilas de cor cinza escuro e preto às vezes podem ser refratárias e, inversamente, mesmo argilas muito claras podem não ser refratárias se contiverem quantidades significativas de carbonatos, sais, gesso e outros minerais fusíveis.

Argilas pétreas não umectáveis ​​com fratura concoidal podem ser resistentes ao fogo. Argilas cujos pedaços, quando imersos em água, quando encharcados, incham muito e muito tempo mantêm a sua forma e revelam-se sempre absorventes.

Argilas hidromicas

As argilas hidromicas consistem em minerais argilosos que se formaram durante os primeiros estágios do intemperismo. As partículas que compõem essas argilas são transportadas mecanicamente até o local de deposição, e os minerais químicos coloidais desempenham um papel subordinado entre elas. Representantes típicos deste grupo de argilas são bandas e outras argilas glaciais. Este tipo também inclui as argilas mais difundidas entre as rochas sedimentares, que são uma mistura de produtos de intemperismo físico e químico relativamente fraco.

Argilas de caulim

Rochas argilosas do grupo caulinita.

As argilas de caulim são um grupo de argilas que incluem caulins primários (argilas da crosta de intemperismo, compostas principalmente por caulinita), caulins secundários que surgem durante a redeposição dos primários, e argilas de caulinita, geralmente formadas pela precipitação dos correspondentes produtos de intemperismo profundo de soluções coloidais.

Argilas montmoriloníticas Rochas argilosas do grupo montmorilonita

As argilas de montmorilonita eram anteriormente chamadas de argilas de fulling devido ao seu uso para desengordurar lã durante a feltragem, bem como argilas de branqueamento ou terras de fuller. Atualmente, são mais comumente chamados de bentonitas e floridinas. Além da montmorilonita e da não tronita, essas rochas também contêm formações de camadas mistas, na maioria das vezes montmorilonita-hidrômica, de composição semelhante ao grupo montmorilonita. Algumas variedades de argilas montmorilonitas incham muito quando imersas em água.

Minerais argilosos- grupo aquático silicatos, constituindo a maior parte depósitos argilosos e a maior parte solos e as propriedades físicas, químicas, mecânicas e outras que os determinam.

Os minerais argilosos são um produto intemperismo principalmente aluminossilicatos e silicatos de rochas ígneas e metamórficas na superfície. Durante o processo de intemperismo, os minerais argilosos passam por transformações passo a passo de estrutura e composição química, dependendo das mudanças nas condições físico-químicas do ambiente de intemperismo e sedimentação. Os tamanhos das partículas dos argilominerais nas argilas, em sua maioria, não excedem 0,01 mm. De acordo com sua estrutura cristalina, os argilominerais pertencem a silicatos em camadas ou pseudocamadas.

Alta área de superfície específica, substituições isomórficas, a abundância de lascas de rede cristalina e cargas não compensadas dá aos minerais argilosos capacidade de troca catiônica. Eles também são capazes de ligar quimicamente a água.

A composição dos minerais inclui camadas constituídas por tetraedros de silício-oxigênio E octaedro hidroxila de alumínio, essas camadas são combinadas em embalagens elementares, cuja totalidade forma uma partícula mineral. Com base no conjunto de camadas da embalagem, vários grupos de argilominerais são diferenciados:

Grupo caulinita(caulinita, haloisita) com um pacote composto por uma camada de octaedros e uma camada de tetraedros. As embalagens estão firmemente conectadas umas às outras e se ajustam firmemente umas às outras, como resultado das moléculas de água e cátions metálicos não podem entrar no espaço interpacket e o mineral não incha na água, e também tem baixo capacidade de troca catiônica

Grupo (ECO). montmorilonita ou grupo esmectite (montmorilonita,, não tronita beidelit

etc.) com um pacote de três camadas do tipo tetraedro-octaedro-tetraedro. A ligação entre as embalagens é fraca, a água penetra ali, por isso o mineral incha muito. Possui uma CEC alta (até 80-120 mEq por 100 g)., Grupo de hidromicas ( etc.) também com um pacote de três camadas, mas com uma forte conexão entre elas. Praticamente não absorvem água e não incham nela. Eles são caracterizados por alto conteúdo potássio

Grupo , pois seu raio iônico permite que ele entre nos vazios da estrutura mineral. clorito

com uma estrutura de inchaço de quatro camadas.

Um grupo de minerais de camadas mistas com pacotes alternados de diferentes tipos. Eles são chamados de ilita-montmorilonita, vermiculita-clorita, etc., as propriedades variam muito

3. Desenvolvimento da química do solo nos séculos XVIII-XIX. Início da pesquisa sistemática sobre as propriedades químicas do solo

E

suas substâncias constituintes datam do século XVIII. Muitos estudos

final do século XVIII - início do século XIX. teve uma influência decisiva no curso de mais

desenvolvimento da ciência. De grande importância foram os estudos de três

os problemas mais importantes: 1) húmus do solo; 2) capacidade de absorção

solos; 3) teorias da nutrição mineral das plantas.

Entre os mais importantes está o trabalho de F. Achard (1786), que

pela ação de uma solução alcalina sobre o solo e a turfa obteve uma cor escura

solução marrom. Adicionando ácido sulfúrico a um extrato alcalino

causou a formação de um precipitado escuro, quase preto. Essas coisas mais tarde

foi chamado de ácido húmico, e o método de seu isolamento utilizado

Akhard, com algumas modificações, sobreviveu até

nossos dias. Dez anos depois, L. Vauquelin identificou uma situação semelhante

substância do tronco de um velho olmo, de um extrato alcalino de goma isolado

velho olmo. T. Thomson em 1807 chamou esta substância de ul^

minom (de ulmus - olmo).

Configurando trabalho experimental sobre isolamento e análise

substâncias orgânicas específicas de cor escura do solo naquele

ou estava de alguma outra forma ligada à teoria do húmus na nutrição das plantas, que

o cientista sueco I. Vallerius formulou muito claramente em

livro “Fundamentos da Química Agrícola” (1761). Ele acreditava que

O principal nutriente para as plantas é o húmus, então

como outros componentes do solo apenas criam condições favoráveis

para a absorção de húmus pelas plantas. Esta teoria foi formulada

e amplamente propagado por um professor da Universidade de Berlim

A. Thayer (1752-1828), mas após a pesquisa de J. B. Boussingault na França

e J. Liebig na Alemanha a possibilidade de absorção direta pelas plantas

a matéria orgânica complexa do solo foi virtualmente rejeitada

agroquímicos, embora em meados do século XX. esse problema é recorrente

natureza discutível. Pesquisa dos anos 60 e 70. Século XX usando

a entrada de ácidos húmicos de alto peso molecular nas plantas através

sistemas radiculares, embora o tamanho dessa renda e seu real

o papel nas agrobiocenoses naturais ou agrobiocenoses permanece obscuro.

A pesquisa de Achard e de seus contemporâneos não foi apenas agronômica,

mas também um significado químico do solo independente. Já de

início do século XIX toda uma série de estudos experimentais aparece

compostos orgânicos peculiares e desconhecidos na época -

ácidos húmicos, que foram extraídos do solo ou águas naturais.

Estudos detalhados de composição, solubilidade, interação

ácidos húmicos com sais e amônia foram realizados por I. Döberey-

Nerom (1822), K-Sprengel (1826), J. J. Berzelius (1833), e em

período de 1840 a 1860 - G. Mulder e pesquisador russo

R. Herman. Ao mesmo tempo, estão sendo feitas tentativas para obter

ácidos húmicos (Bulle, Malaguti, etc.).

Ressalte-se que nos séculos XVIII e XIX. questões agrícolas

química, e a química do solo em particular, foram o foco de atenção

muitos grandes químicos. Entre eles estava J. Ya-Berzelius, detalhadamente

estudou as propriedades dos ácidos húmicos.

Jene Jacob Berzelius(1779-1848), grande cientista sueco, foi

um dos melhores químicos de seu tempo. Ele foi membro de muitas academias,

incluindo um membro estrangeiro da Academia de Ciências de São Petersburgo.

Berzelius criou a teoria eletroquímica dos compostos químicos,

determinou com alta precisão os pesos atômicos de cerca de 50 elementos, confirmou

a lei das razões constantes e múltiplas, criou uma tabela de números atômicos

massa, descobriu uma série de novos elementos, desenvolveu novos métodos de análise

e equipamentos para trabalhos químicos (lavagem, química

óculos, etc.). Ele criou uma nomenclatura e propôs símbolos

elementos químicos e métodos de desenho de fórmulas químicas usadas

com pequenas alterações até hoje. Para

A química do solo é de maior interesse em seus estudos de minerais.

Berzelius introduziu pela primeira vez o termo “silicatos” para

comprimir minerais e descobriu que a proporção de óxidos metálicos e

o silício em silicatos é diferente e é 1:1, 1:2 e 1:3. Isso permitiu

divida os silicatos em três grandes grupos. Projetado por ele

um método para expressar a composição dos minerais pelo número de óxidos que eles contêm

não perdeu seu significado até agora. A segunda coisa mais importante para a ciência do solo

direção nas obras de Berzelius - o estudo do húmus

ácidos Ele isolou duas novas substâncias de águas naturais e propôs

para eles os nomes são ácidos “crênico” e “apocrênico”, e da decomposição

ácido húmico isolado de madeira. No "Livro Didático de Química"

"(1839) Berzelius dedica uma grande seção à química das substâncias húmicas.

Ele examina os processos de transformação de resíduos vegetais

no húmus, descreve as propriedades dos ácidos do húmus isolados por ele

e seus compostos com potássio, sódio, amônio, bário, cálcio, magnésio,

alumina, manganês, ferro, chumbo, cobre, mercúrio, prata.

Nos livros modernos de química, a classe mais importante de substâncias naturais

Infelizmente, os compostos orgânicos - ácidos húmicos - não são fornecidos

quase nenhuma atenção.

A segunda etapa mais importante no desenvolvimento da química experimental do solo

associado ao estudo do fenômeno da capacidade de troca catiônica dos solos. Inglês

o fazendeiro G. S. Thompson descobriu que se você lavar a coluna

com solo ao qual (NH4)S04 foi previamente adicionado, água, depois em

CaS04 aparece na solução que sai da coluna. Resultados experimentais

suas experiências ao químico da Royal Agricultural Society

J. T. Way, que imediatamente lançou estudos experimentais

tirou as seguintes conclusões mais importantes.

1. Cátions Na+, K+, NH4+ adicionados ao solo na forma de sais fortes

os ácidos são absorvidos pelo solo e, em vez deles, aparecem na solução

quantidades equivalentes de sais de cálcio, ou seja, ocorre uma reação,

descrito pela equação:

solo + 2KS1-»-K2-solo + CaC12.

2. Cátions na forma de hidróxidos ou carbonatos são absorvidos pelo solo

completamente sem deslocar cálcio ou ânions do solo.

3. Sais de cálcio ácidos fortes(nitratos, cloretos e sulfatos)

não são absorvidos pelo solo.

4. A absorção de cátions é realizada por partículas de argila

solos, enquanto a areia e a matéria orgânica não desempenham um papel significativo

5. Aquecer o solo ou tratá-lo com ácido prejudica a capacidade

os solos absorvem cátions.

6. A absorção ocorre muito rapidamente, quase instantaneamente.

7. Aumentar a concentração de sal adicionado aumenta a quantidade

cátions absorvidos pelo solo.

8. A absorção de cátions ocorre de forma irreversível.

9. Os solos são capazes de absorver fosfatos.

Nem todas as conclusões de Way foram posteriormente confirmadas; obviamente

a conclusão sobre o papel da matéria orgânica, sobre a incapacidade

solo para absorver cálcio. Nas reações de troca, obviamente,

estavam envolvidos íons de hidrogênio, o que poderia dar a impressão de completa

absorção de carbonatos e hidróxidos sem acompanhamento de troca

reações. Apesar disso, as disposições básicas permanecem justas

ainda hoje, e os experimentos realizados por Thompson e Way serviram

um ponto de partida para o desenvolvimento de uma nova direção científica,

que atualmente é representado não apenas pela doutrina da absorção

capacidade do solo, mas também amplamente utilizado em vários

ramos da ciência e métodos de produção e processos tecnológicos com

o uso de trocadores de íons. O significado do trabalho de Way para mais tarde

o desenvolvimento da ciência acabou sendo tão grande que um professor universitário

Estado de Kentucky (EUA) G. Thomas o chamou de “o pai da química do solo”.

A descoberta da troca iônica nos solos não foi imediata e está longe de ser completa.

foi apreciado por seus contemporâneos. Mesmo tão experiente e erudito

um químico como J. Liebig recusou-se a aceitar os experimentos como corretos,

e então demorou cerca de 30 anos para dar um novo passo

no estudo dos padrões de troca. Somente no período 1877-1888.

Van Bemmelen mostrou que outros cátions além do Ca2+ podem ser

deslocados dos solos por soluções salinas.

Jacob-Marten van Bemmelen (1830-1911) - famoso holandês

químico, um dos fundadores da doutrina da adsorção. Ele conduziu extensa

pesquisa sobre a química dos corpos naturais, estudou solos e naturais

água. De particular importância na formação da capacidade de absorção

solos Bemmelen deu o estado físico do solo terra fina,

com base nas propriedades dos sistemas coloidais em geral. Nos solos, de acordo com

em sua opinião, eles contêm substâncias amorfas coloidais que dão

compostos de composição variável que não obedecem à estequiometria

leis Ele chamou esses tipos de compostos de “compostos de adsorção”.

" Como portadores específicos de capacidade de absorção

solos, Bemmelen apontou para silicatos semelhantes a zeólitos, coloidal

ácido silícico, hidróxido de ferro, húmus, restos de organismos.

No início do século XIX. também inclui o desenvolvimento de ideias sobre ácido-

propriedades básicas do solo. Em 1813, o livro do maior inglês

químico Humphry Davy (1778-1829), mais tarde presidente

Royal Society of London, "Fundamentos de Química Agrícola"

" Este livro enfatizou o papel especial da cal, que, segundo

Davy, dissolve material vegetal sólido e, assim, melhora

condições nutricionais das plantas e contribui para a criação de boas

estrutura do solo. Ele propôs um método para determinar o carbonato de cálcio

no solo tratando o solo com ácido e depois determinando

em extrato ácido de cálcio (método de precipitação) ou em volume de liberado

dióxido de carbono. O pesquisador americano E. Ruf-

Finn tentou aplicar o método de Davy aos solos americanos e como resultado

experimentos especiais chegaram à conclusão de que a tarefa de calagem

é neutralizar a acidez do solo. Livro

Os "Etudes on Lime Fertilizers" de Ruffin foram publicados em 1832, mas apenas

no início do século XX. Os estudos de acidez do solo foram continuados.

Desenvolvimento da terceira direção na química do solo - a teoria dos minerais

nutrição vegetal - associada ao nome de J. Liebig. Justus von Liebig

(1803-1873) desempenhou um papel muito importante no desenvolvimento da teoria

e química experimental do solo. Os interesses de Liebig eram muito

versátil; ele é frequentemente considerado um especialista na área de orgânicos

química, e acredita-se que sua contribuição para o desenvolvimento química orgânica

comparável apenas com a importância do trabalho de Berzelius em química inorgânica.

Ao mesmo tempo, é difícil superestimar a importância do seu trabalho para o desenvolvimento

química fisiológica, bioquímica e agroquímica. Liebig conduziu numerosos

análises de plantas e experimentos sobre a influência do potássio e do fosfato

sais no desenvolvimento de plantas cultivadas em solo arenoso.

No livro “Química Orgânica Aplicada à Agricultura e Fisiologia” (1840), ele mostrou que as plantas não precisam apenas de carbono,

oxigênio, hidrogênio e nitrogênio, mas também em fósforo, potássio, cálcio, enxofre,

magnésio, ferro e até silício. Estudando questões de química agrícola, Liebig não

limitou-se apenas a resolver questões teóricas, mas com base em

derretimentos de fertilizante artificial preparado com carbonato de potássio e sódio.

Os primeiros fertilizantes fabricados em fábrica, porém, revelaram-se ineficazes.

Seria errado, contudo, reduzir a importância dos trabalhos de Liebig na área.

química agronômica apenas para o problema da nutrição mineral

plantas e fertilização. O trabalho de Liebig influenciou

desenvolvimento de problemas de disponibilidade de elementos nutricionais minerais

plantas, sua mobilidade nos solos e, como consequência, problemas de química

equilíbrio dos componentes minerais no sistema solo-solo

Os minerais argilosos são filossilicatos de alumínio hidratados, às vezes com vários vestígios de ferro, magnésio, metais alcalinos e alcalino-terrosos e outros cátions, encontrados em ou perto de algumas superfícies planetárias.

Eles são formados na presença de água e já foram importantes para o surgimento da vida, por isso muitas teorias da abiogênese consideram que desempenham um papel nesse processo. Eles são constituintes importantes dos solos e têm sido úteis aos humanos desde os tempos antigos na agricultura e na indústria.

Educação

As argilas formam folhas planas e hexagonais semelhantes à mica. Os minerais argilosos são produtos comuns de intemperismo (incluindo intemperismo de feldspato) e produtos de alteração hidrotérmica de baixa temperatura. Eles são muito comuns em solos, em rochas sedimentares de granulação fina, como xistos, argilitos e siltitos, e em xistos metamórficos de granulação fina e filitos.

Características

Os minerais de argila são tipicamente (mas não necessariamente) de tamanho ultrafino. Eles são geralmente considerados como tendo menos de 2 micrômetros de tamanho sob a classificação padrão de tamanho de partícula, portanto, técnicas analíticas especiais podem ser necessárias para identificá-los e estudá-los. Estes incluem difração de raios X, técnicas de difração de elétrons, várias técnicas espectroscópicas, como espectroscopia Mössbauer, espectroscopia infravermelha, espectroscopia Raman e SEM-EDS, ou processos de mineralogia automatizados. Esses métodos podem ser complementados pela microscopia de luz polarizada, técnica tradicional que estabelece fenômenos fundamentais ou relações petrológicas.

Espalhando

Dada a necessidade de água, os minerais argilosos são relativamente raros em sistema solar, embora sejam difundidos na Terra, onde a água interage com outros minerais e matéria orgânica. Eles também foram descobertos em vários lugares de Marte. A espectrografia confirmou a sua presença em asteróides e planetóides, incluindo o planeta anão Ceres e Tempel 1, bem como a lua de Júpiter, Europa.

Classificação

Os principais minerais argilosos estão incluídos nos seguintes clusters:

• Grupo caulim, que inclui os minerais caulinita, dickita, haloisita e nacrita (Al2Si2O5 (OH) 4 polimorfos). Algumas fontes incluem o grupo caulinite-serpentina devido a semelhanças estruturais (Bailey 1980).
• O grupo das esmectitas, que inclui montmorilonita, nontronita e beidelita, e esmectitas trioctaédricas, como a saponita. Em 2013, testes analíticos do rover Curiosity encontraram resultados consistentes com a presença de minerais argilosos esmectita no planeta Marte.
• Grupo ilite, que inclui micas argilosas. A ilite é o único mineral comum neste grupo.
• O grupo clorito inclui uma ampla gama de minerais semelhantes com considerável variação química.

Outros tipos

Existem outros tipos desses minerais, como a sepiolita ou a atapulgita, argilas com longos canais de água internos à sua estrutura. Variações de argila em camadas mistas são relevantes para a maioria dos grupos acima. A ordenação é descrita como ordenação aleatória ou regular e é ainda descrita pelo termo "reichweit", que significa "intervalo" ou "cobertura" em alemão. Os artigos da literatura referem-se, por exemplo, à ilita-esmectita ordenada R1. Este tipo está incluído na categoria ISISIS. R0, por outro lado, descreve a ordenação aleatória. Além destes, outros tipos de ordenação estendida (R3, etc.) também podem ser encontrados. Minerais argilosos de camadas mistas que são tipos perfeitos R1s geralmente recebem seus próprios nomes. A clorita-esmectita ordenada R1 é conhecida como corrensita, R1 - ilita-esmectita - reitorita.

História do estudo

O conhecimento da natureza da argila tornou-se melhor compreendido na década de 1930 com o desenvolvimento de tecnologias de difração de raios X necessárias para analisar a natureza molecular das partículas de argila. A padronização da terminologia também surgiu nesse período com atenção especial a palavras semelhantes que levaram à confusão, como folha e avião.

Como todos os filossilicatos, os argilominerais são caracterizados por folhas bidimensionais de tetraedros de SiO4 de canto e/ou octaedros de AlO4. Os blocos de folhas possuem composição química de (Al, Si) 3O4. Cada tetraedro de silício compartilha seus 3 átomos de oxigênio no vértice com outros tetraedros, formando uma rede hexagonal em duas dimensões. O quarto vértice não é compartilhado com outro tetraedro e todos os tetraedros "apontam" na mesma direção. Todos os vértices indivisos estão em um lado da folha.

Estrutura

Nas argilas, as folhas tetraédricas estão sempre associadas a folhas octaédricas, formadas por pequenos cátions como alumínio ou magnésio, e coordenadas por seis átomos de oxigênio. O vértice solitário da folha tetraédrica também faz parte de um lado da folha octaédrica, mas um átomo de oxigênio adicional está localizado acima da lacuna na folha tetraédrica no centro dos seis tetraedros. Este átomo de oxigênio está ligado a um átomo de hidrogênio, formando um grupo OH na estrutura da argila.

As argilas podem ser categorizadas com base na forma como as folhas tetraédricas e octaédricas são agrupadas em camadas. Se cada camada tiver apenas um grupo tetraédrico e um octaédrico, então ela pertence à categoria 1:1. Uma alternativa conhecida como argila 2:1 tem duas folhas tetraédricas com o ápice indiviso de cada uma apontando uma para a outra e formando cada lado de uma folha octogonal.

A conexão entre folhas tetraédricas e octaédricas exige que a folha tetraédrica se torne ondulada ou torcida, causando distorção ditrigonal da matriz hexagonal e o alinhamento da folha octaédrica. Isto minimiza a distorção geral de valência do cristalito.

Dependendo da composição das folhas tetraédricas e octaédricas, a camada não terá carga ou terá carga negativa. Se as camadas estiverem carregadas, esta carga é equilibrada por cátions intercamadas, como Na+ ou K+. Em cada caso, a camada intermédia também pode conter água. A estrutura cristalina é formada por uma pilha de camadas localizadas entre outras camadas.

"Química da Argila"

Como a maioria das argilas é feita de minerais, elas são altamente biocompatíveis e possuem propriedades biológicas interessantes. Devido ao seu formato de disco e superfícies carregadas, a argila interage com uma variedade de macromoléculas de substâncias como proteínas, polímeros, DNA, etc. Algumas das aplicações das argilas incluem distribuição de medicamentos, engenharia de tecidos e bioimpressão.

A química da argila é uma disciplina aplicada da química que estuda as estruturas químicas, propriedades e reações da argila, bem como a estrutura e propriedades dos argilominerais. É um campo interdisciplinar que incorpora conceitos e conhecimentos de química inorgânica e estrutural, físico-química, química de materiais, química analítica, química orgânica, mineralogia, geologia e outros.

O estudo da química (e física) das argilas e da estrutura dos argilominerais é de grande importância acadêmica e industrial, pois estão entre os minerais industriais mais utilizados, utilizados como matérias-primas (cerâmicas, etc.), adsorventes, catalisadores, etc.

A importância da ciência

Propriedades únicas minerais argilosos de solos, como estrutura em camadas em escala nanométrica, presença de cargas fixas e intercambiáveis, possibilidade de adsorção e retenção (intercalação) de moléculas, capacidade de formar dispersões coloidais estáveis, possibilidade de modificação superficial individual e intercamadas modificação química e outros tornam o estudo da química da argila um campo de pesquisa muito importante e extremamente diversificado.

Diversos campos do conhecimento são influenciados pelo comportamento físico-químico dos argilominerais, desde ciências ambientais até tecnologia química, da cerâmica à gestão de resíduos nucleares.

Sua capacidade de troca catiônica (CTC) é de grande importância no equilíbrio dos cátions mais abundantes no solo (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) e no controle do pH, o que afeta diretamente a fertilidade do solo. O estudo de argilas (e minerais) também desempenha um papel importante no trabalho com Ca2+, que geralmente vem da terra ( água do rio) nos mares. A capacidade de variar e controlar a composição e o conteúdo mineral oferece uma ferramenta valiosa no desenvolvimento de adsorventes seletivos com várias aplicações como, por exemplo, criar sensores químicos ou agentes de limpeza para água contaminada. Esta ciência também desempenha um papel importante na classificação de grupos de minerais argilosos.

Os argilominerais são aluminossilicatos hidratados, geralmente com substituição parcial do alumínio por ferro e magnésio. Eles são de granulação fina, geralmente com menos de 5 mícrons e, em alguns casos, seu tamanho é medido em milimícrons.

A estrutura atômica da maioria dos minerais argilosos é composta por duas unidades. Uma unidade estrutural consiste em duas camadas de oxigênios ou hidroxilas compactadas, nas quais os átomos de alumínio, ferro ou magnésio estão dispostos em coordenação octaédrica, de modo que cada um deles seja equidistante de seis oxigênios ou hidróxidos. A segunda unidade estrutural é formada por tetraedros silício-oxigênio. Em cada tetraedro, o átomo de silício está igualmente espaçado dos quatro oxigênios ou hidroxilas, dispostos em forma tetraédrica com o átomo de silício no centro para equilibrar a estrutura.

Os tetraedros silício-oxigênio são agrupados de tal forma que criam uma rede hexagonal que se repete indefinidamente e forma uma folha de composição Si 4 O 6 (OH) 4. Os tetraedros estão dispostos de modo que todos os seus vértices estejam voltados para a mesma direção e suas bases estejam no mesmo plano. Esta estrutura pode ser considerada como uma estrutura constituída por um plano perfurado de átomos de oxigênio localizados no plano da base dos grupos tetraédricos; planos de átomos de silício com átomos de silício localizados em uma cavidade na junção de três átomos de oxigênio e formando, portanto, uma rede hexagonal; plano de átomos de hidroxila, no qual cada hidroxila está localizada diretamente acima do silício no topo do tetraedro.

Figura 1. Argila Oxford (Jurássico) em Weymouth (Inglaterra)

Os minerais argilosos pertencem a dois grupos. No grupo da caulinita, o mineral é caracterizado por uma rede de dois andares (camada 1:1) que consiste em uma camada octaédrica ou gibbsita associada a uma camada tetraédrica de silício-oxigênio. Esta rede não se expande com conteúdo variável de água e a substituição de ferro ou magnésio na camada de gibbsita é desconhecida. Outro grupo de argilominerais é caracterizado por uma treliça de três andares (2:1). Neste tipo de rede, uma camada octaédrica de alumínio é imprensada entre camadas tetraédricas de silício-oxigênio. Vários minerais argilosos importantes pertencem ao grupo de três andares. Na montmorilonita, essas células de três andares são combinadas livremente ao longo do eixo C, com água e cátions localizados entre elas. A quantidade de água muda de tal forma que o valor de c varia de 9,6 a 21,4 o A. O mineral possui uma rede expansível.

Os compostos de tricamada também podem ser unidos por potássio, que, devido ao diâmetro iônico apropriado e às propriedades de coordenação, une a estrutura com tanta força que a expansão é impossível. A mica argilosa assim formada é ilita. O grupo clorito também possui uma estrutura de três andares, caracterizada pela introdução de uma camada brucita de Mg(OH) 2 entre os elementos de três andares. Em cada grupo estrutural são possíveis muitas opções composicionais. Embora muitos deles recebam nomes especiais com base em sua composição, pode-se considerar que cada grupo exibe uma gama infinitamente ampla de composição. Os minerais argilosos são classificados principalmente com base em sua estrutura.

Principais grupos de minerais argilosos

Grupo caulinita. O principal membro do grupo da caulinita é a caulinita, que possui a fórmula (OH) 8 Al 4 Si 4 O 10 ou Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. O antigo nome desse mineral veio dos chineses. Kau-ling - “alta montanha”; esse era o nome do depósito de caulim.

Composição química. Al2O3 39,5%, SiO2 46,5%, H2O 14%. Ud. Peso 2,58-2,60. O aparecimento de cristais. Cristais em forma de placa mais ou menos bem formados são extremamente raros e de tamanho pequeno (até 1 mm). É muito provável que não se referissem ao caulim, mas sim à dickite ou nacrite. Os fragmentos mais frequentemente observados são fragmentos de formações cristalinas colunares curvas, em forma ampliada alimentando minhocas. Os agregados são soltos, escamosos ou densos, de granulação fina.

Cor. Escamas e placas individuais são incolores. As massas sólidas são brancas, muitas vezes com tonalidade amarela, acastanhada, avermelhada, às vezes esverdeada ou azulada. O brilho dos flocos e placas individuais é perolado, enquanto o das massas sólidas é fosco. A dureza é cerca de 1. Os flocos individuais são flexíveis, mas não possuem elasticidade. Quando secas, as massas terrosas parecem finas ao toque.

A anoxita é semelhante à caulinita, exceto que a proporção molecular de SiO 2:Al 2 O 3 é de aproximadamente três em vez de dois, o que é menos comum. Dickita e nacrita, semelhantes à caulinita em composição, mas com pequenas diferenças na forma do cristal, também são membros deste grupo.

Grupo montmorilonita, em homenagem ao principal mineral do grupo, a montmorilonita, que tem a composição: (OH) 4 AL 4 Si 8 O 10 nH 2 O. A montmorilonita tem esse nome devido à sua localização em Montmorillon (França). A composição química é variável e altamente dependente da variação do teor de água. Com base nas análises de diferenças puras, as seguintes flutuações (%) são estabelecidas: Al 2 O 3 11-22, Fe 2 O 3 0-5 e mais (ferrimontmorilonita), MgO 4-9, CaO 0,8-3,5 e acima em calcimontmorilonita , SiO2 48-56, H2O 12-24. A cor da montmorilonita é branca com tonalidade acinzentada, às vezes azulada, rosa, rosa avermelhada, às vezes verde. Brilhar. Fosco quando seco. A dureza dos flocos individuais é desconhecida. Muito macio. Gordo.

Uma característica prática notável e extremamente importante dos minerais do grupo montmorilonita é sua capacidade de inchar na presença de água e, quando aquecidos, liberar gradualmente a água adsorvida. Os minerais do grupo montmorilonita incluem essencialmente magnesianos, essencialmente alumínio e tipos intermediários entre eles. O magnésio geralmente substitui alguns dos íons de alumínio na rede. O grupo montmorilonita inclui a beidelita, que possui proporção molecular de SiO 2:Al 2 O 3 igual a três, e a não tronita, em que o óxido de ferro substitui o alumínio.

Grupo ilita ou argila-mica inclui ilita, que tem a fórmula geral (OH) 4 Ky(Al 4 Fe 4 Mg 4 Mg 6) (Si 8-y Al y) O 20, onde "y" varia de 1 a 1,5. Illite é uma variedade de micas brancas, mas difere delas provavelmente por conter menos potássio e mais água do que normalmente é característico das micas. Além das variedades de ilita, o grupo contém glauconita.

Grupo cloritoé composto por minerais ricos em magnésio, amplamente representados nos xistos e nos quais os íons ferrosos ocupam lugar de destaque. O clorito tem a composição química 5(Mg,Fe)O Al 2 O 3 3SiO 2 4H 2 O. Dureza 2-2,5. Gravidade específica 2,0-2,8. O brilho varia do vítreo ao perolado. Cor verde. A forma dos cristais é de comprimidos, escamas fundidas com drusas.

Muitos minerais argilosos de “camada mista” também são conhecidos. A estrutura deste grupo resulta do arranjo ordenado ou desordenado dos principais pacotes de argilominerais entre si ao longo do eixo c. Em alguns deles, observa-se a intercalação de camadas de dois e três andares. Esses tipos de estrutura de camadas mistas são geralmente chamados de caulinita-ilita, clorita-ilita e assim por diante, em vez de inventar novos nomes para cada mistura.

Além dos principais grupos listados acima, alguns argilominerais são menos comuns e possuem estruturas cristalinas ligeiramente diferentes, como a haloisita (OH)16Al4Si4O6, bem como a metahaloysita menos hidratada (OH)8Al4Si4O10 e o alofano, uma solução mútua não cristalina. de dióxido de silício, alumina e água em várias proporções. Em alguns casos, vermiculita e paligorsquita (sepiolita e atapulgita) são encontradas nas argilas.

Minerais alucinantes. Existem duas formas de alusiado, uma das quais tem a composição (OH) 8 Si 4 O 10, e a outra - (OH) 8 Si 4 O 10 4H 2 O. Em relativamente baixas temperaturas(- + 60°C) esta última forma é irreversivelmente desidratada e transforma-se na primeira forma. Os minerais alusivos são construídos em camadas sucessivas de mesma composição estrutural das camadas que constituem a caulinita.

A forma altamente hidratada consiste em camadas de caulinita separadas por uma única camada molecular de moléculas de água. A transição para a forma desidratada é causada pela perda de moléculas de água intercaladas. De acordo com Brindley, em baixas temperaturas (60-75°C) ocorre apenas desidratação parcial, e uma temperatura de cerca de 400°C é necessária para remover completamente a água intercamada. Em temperaturas mais baixas, formam-se formas parcialmente desidratadas, que podem ser estáveis. Nos depósitos, o alusiato tende a desidratar parcialmente, formando o alusiato parcialmente desidratado, que, se o depósito for grande, transforma-se gradualmente com a profundidade em uma forma hidratada.

Existem vários nomes para se referir a alucinações hidratadas de diversas maneiras. A forma pouco hidratada é chamada de alusiato ou metagallusiato, e a forma mais hidratada é chamada de alusiato hidratado, endelite ou alusiato.

Minerais alofanos são aqueles componentes dos minerais argilosos que são amorfos aos raios X. O arranjo das unidades tetraédricas e octaédricas em relação umas às outras não é regular o suficiente para permitir a difração, ou as unidades estruturais individuais, que são bem ordenadas, são muito pequenas em tamanho para produzir efeitos de difração.

Os componentes do alofano geralmente não possuem uma composição química ou forma específica. Argilas contendo alofano geralmente incluem grandes quantidades (+5%) de um componente fosfato ou sulfato. Além disso, tendem a ter relativamente poucos álcalis e alcalino-terrosos, o que os aproxima da montmorilonita, mas esta última tende a conter algum magnésio.

Vermiculita em minerais argilosos encontrado em partículas extremamente finas misturadas com outros minerais argilosos e frequentemente em estruturas de camadas mistas. Determinar suas propriedades características é difícil e muitas vezes impossível. Neste sentido, a sua dispersibilidade em água, bem como a forma e tamanho característicos das partículas, ainda são desconhecidos. A estrutura da vermiculita é semelhante à da clorita, exceto que na estrutura da vermiculita os íons de magnésio intercamadas são hidratados com mais frequência do que na estrutura da brucita. O arranjo das moléculas de água em torno dos íons de magnésio e a carga relativamente grande na superfície da rede cristalina em comparação com a montmorilonita parecem evitar o inchaço do mineral quando tratado com moléculas polares. No entanto, a água intercalar é facilmente removida quando aquecida a uma temperatura da ordem de 100°C, e a estrutura cristalina do mineral é comprimida a quase 10 A 0, como a montmorilonita, diferindo neste aspecto da clorita.

Visualmente, a estrutura da atapulgita pode ser representada como um feixe de unidades estruturais em forma de bloco, naturalmente unidas por seus lados longos. O lado externo de tal feixe de partículas em forma de barra terá a aparência de “platôs e canais” ou depressões, e seu interior consistirá de barras sólidas alternadas e canais alongados com seção transversal angular.

A estrutura da sepiolita é semelhante à estrutura da atapulgita, diferindo dela principalmente no tamanho das unidades estruturais em forma de barra e nas substituições dentro da estrutura. Na sepiolita, essas unidades estruturais em forma de barra são aproximadamente 50% mais largas do que na atapulgita. Na estrutura da sepiolita ocorrem raras substituições de íons magnésio ou silício. É encontrada em variedades fibrosas com amianto lenhoso, em veios hidrotermais e também como massas terrosas em sedimentos lacustres e marinhos.

Os paligorsquitas são conhecidos há muito tempo pelos nomes “papel de montanha”, “papelão de montanha”, “madeira de montanha”. Palygorskitas são silicatos de alumina-magnésio, aos quais o alumínio e o magnésio estão presentes em quantidades aproximadamente iguais. Esses minerais são caracterizados por uma estrutura fibrosa.



Minerais argilosos, sua estrutura, propriedades e significado na ciência do solo.

O solo consiste em mais de noventa por cento de componentes minerais e contém a principal reserva nutrientes para plantas. O solo é um sistema polidisperso e possui uma composição mecânica, mineralógica e química bastante complexa. Como exemplo na tabela. A Tabela 1.1 mostra a composição química média da fase sólida do solo (de acordo com A.P. Vinogradov).

Como pode ser visto na tabela, quase metade da fase sólida do solo é oxigênio, um terço é silício, mais de 10% é alumínio e ferro e apenas 7% são todos os outros elementos. De todos os elementos listados, apenas o nitrogênio (e parcialmente carbono, hidrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre) está contido na parte orgânica do solo. Todos os outros elementos vêm da parte mineral do solo, que consiste em grande número vários minerais na forma de partículas com tamanhos de 10-9 a 10-3 m ou mais.

Todos os minerais contidos no solo são divididos em: primário E secundário. Os minerais primários são predominantemente de origem ígnea. Destes, os mais comuns nos solos são o quartzo (óxido de silício), feldspatos, anfibólios, piroxênios e micas, ou seja, minerais incluindo

Tabela 1.1 Composição química média dos sólidos do solo

compostos de oxigênio de silício. Esses minerais constituem a maior parte das rochas ígneas e formadoras de solo. Nos solos, os minerais primários estão geralmente presentes na forma de partículas mais ou menos grandes, variando em tamanho de 10 -3 a 10 -6 m, e apenas uma parte muito pequena deles apresenta maior grau de dispersão.

Os minerais primários são instáveis ​​​​nas condições da superfície terrestre e, sob a influência das forças de intemperismo, transformam-se em compostos mais estáveis ​​​​- minerais secundários. O processo de intemperismo ocorre sob a influência tanto de fatores puramente físicos (flutuações de temperatura, vento, força motriz da água) quanto de fatores químicos e biológicos. Como resultado disso, minerais secundários de composição simples podem ser formados a partir de minerais primários: hidróxidos de ferro (II) e (III), alumínio, hidróxido de silício e alguns outros compostos.

Além disso, durante o processo de intemperismo, também se formam minerais secundários de estrutura mais complexa (alumínio e ferrisilicatos). Estes últimos são mais dispersos que os primários e são extremamente importantes na criação da principal propriedade do solo - a sua fertilidade.

Todos os minerais secundários de composição complexa possuem estrutura lamelar e contêm água quimicamente ligada. Como esses minerais são o componente mais importante de diversas argilas, eles são chamados argiloso ou minerais argilosos.

A quantidade de minerais argilosos é bastante grande, mas nos solos os mais difundidos e importantes para a fertilidade são principalmente três grupos de minerais: caulinita, montmorilonita e hidromica.

Os minerais do grupo da caulinita incluem a caulinita e a haloisita, bem como alguns outros minerais. As argilas de caulinita contêm aproximadamente 20-25% de partículas de lodo (menos de 0,001 mm), das quais 5-10% de partículas são de tamanho coloidal (menos de 0,25 mícron). Os minerais deste grupo são bastante comuns em muitos tipos de solo. Eles têm relativamente pouco inchaço e viscosidade.

Dos minerais do grupo montmorilonita, os mais comuns nos solos são a montmorilonita, a beidelita, a não-tronita e alguns outros. As argilas montmorilonita, diferentemente das argilas cauliníticas, apresentam alto inchaço, pegajosidade e coesão. Uma característica muito característica deles é um alto grau de dispersão (até 80% das partículas têm menos de 0,001 mm, das quais 40-45% têm menos de 0,25 mícron).

Dentre os argilominerais encontrados nos solos, grande lugar pertence aos minerais do grupo hidromico. Este grupo inclui hidromuscovita (ilita) (KAl 2 [(Si, Al) 4 O 10 ](OH) 2 nH 2 O), hidrobiotita (K(Mg, Fe) 3 [(Al, Si) 4 O 10 ] (OH ) 2 nH 2 O) e vermiculita ((Mg, Fe 2+, Fe 3+) 2 [(A1, Si) 4 O 10 ](OH) 2 4H 2 O).

Os minerais argilosos variam em estrutura.

A estrutura cristalina de vários minerais argilosos é construída a partir das mesmas unidades estruturais elementares, compostas por átomos de silício e oxigênio, bem como átomos de alumínio, oxigênio e hidrogênio. Além dos elementos listados acima, os argilominerais podem conter Fe, Mg, K, Mn, etc. A grande maioria dos argilominerais tem uma estrutura em camadas e pertence a silicatos em camadas. Como demonstraram os últimos estudos de raios X e difração de elétrons, as camadas de minerais argilosos consistem em uma combinação de compostos de silício-oxigênio e oxigênio-hidroxilalumínio.

Foi estabelecido que as propriedades físico-químicas e físico-hídricas mais importantes do solo - capacidade de absorção, hidrofilicidade, coesão, pegajosidade, reação ambiental e muitas outras - dependem diretamente da composição mineralógica. Sabe-se agora que a disponibilidade de certos nutrientes para as plantas depende em grande parte do tipo de minerais contidos no solo e do grau de sua dispersão.

Os minerais argilosos estão concentrados principalmente na fração de lodo (menos de 1 µm) dos solos. A composição e estrutura dos minerais desta fração determinam em grande parte a capacidade de absorção do solo em relação a cátions e ânions. Quanto maior a capacidade de absorção do solo, maior será a oferta de nutrientes nele concentrados, portanto, melhor será o seu potencial de fertilidade.

Os minerais do grupo montmorilonita apresentam não apenas o maior grau de dispersão, mas também a maior capacidade de absorção (1,0-1,5 μg-eq/kg). Esses minerais podem inchar muito e conter até 30% de água ligada, que não pode ser absorvida pelas plantas. A presença de minerais do grupo montmorilonita nos solos sempre tem um efeito positivo nas plantas e garante um maior teor de nutrientes essenciais nas mesmas. Contudo, solos muito ricos em montmorilonite são de baixo valor agronómico. Quando esses solos secam, formam-se rachaduras, sua permeabilidade à água torna-se irregular e uma crosta forte se forma na superfície. Estas propriedades negativas da montmorilonita são especialmente pronunciadas em solos pobres em húmus. Com uma quantidade suficiente de húmus propriedades físicas e químicas Esses solos são significativamente melhorados devido à formação de agregados organominerais resistentes à água. A prática mostra que a adição de argilas contendo minerais do grupo montmorilonite a solos arenosos fortemente degradados tem um efeito positivo na fertilidade.

Os minerais do grupo da caulinita diferem acentuadamente em suas propriedades da montmorilonita. A caulinita tem capacidade de absorção muito baixa (0,07-0,10 µg-equiv/kg); praticamente não incha e contém muito pouca água. Solos que contêm grande quantidade deste mineral são caracterizados por baixa fertilidade devido à sua baixa capacidade de absorção. A caulinita em si não contém bases absorvidas e, portanto, não é fonte de nutrição para as plantas. Solos contendo muita caulinita respondem bem à adição de potássio e outras bases.

Os minerais do grupo hidromica são extremamente ricos em potássio, facilmente acessíveis às plantas (até 6-7%). A capacidade de absorção das hidromicas é várias vezes superior à da caulinita, mas duas a três vezes menor que a da montmorilonita. Solos contendo muitos minerais hidromicos praticamente não precisam de fertilizantes potássicos.

Os trabalhos de muitos cientistas observam a participação ativa dos argilominerais no aumento da disponibilidade de fosfatos, potássio e oligoelementos no solo. A presença de sesquióxidos nos solos, assim como de alumínio móvel, tóxico para as plantas, deve-se à composição e estrutura de minerais altamente dispersos (incluindo argila). Assim, a composição qualitativa e quantitativa dos minerais secundários é de suma importância na criação da principal propriedade do solo - a sua fertilidade.

§ 7. Características do estado líquido de agregação.

Os líquidos em suas propriedades ocupam uma posição intermediária entre sólidos e gases e são semelhantes a ambos. Em algumas propriedades, os líquidos são semelhantes aos gases: são fluidos, não possuem formato específico, são amorfos e isotrópicos, ou seja, são homogêneos em suas propriedades em qualquer direção. Por outro lado, os líquidos possuem elasticidade volumétrica, como os sólidos. Eles resistem elasticamente não apenas à compressão total, mas também ao alongamento total. Suas moléculas tendem a algum arranjo ordenado no espaço, ou seja, os líquidos têm o início de uma estrutura cristalina.

Os líquidos são altamente fluidos e assumem a forma do recipiente em que estão localizados.

A energia cinética média de uma molécula líquida é suficiente para saltar de uma posição de equilíbrio para outra, mas essa energia claramente não é suficiente para superar completamente as forças de interação das moléculas circundantes. Apenas um pequeno número das moléculas mais rápidas escapa do líquido (processo de evaporação). Os movimentos térmicos das moléculas líquidas não vão além da ação das forças coesivas, portanto os líquidos têm volume constante.

Grande papel As propriedades dos líquidos são influenciadas pelo volume das moléculas, sua forma e polaridade. Se as moléculas de um líquido são polares, então associação(combinação) de duas ou mais moléculas em um complexo complexo (Fig. 1.5). Em líquidos como água e amônia líquida, a presença das chamadas ligações de hidrogênio desempenha um papel importante na associação de moléculas.

As propriedades dos líquidos dependem em grande parte do grau de associação de suas moléculas. A experiência mostra que os líquidos associados têm um ponto de ebulição mais elevado e uma volatilidade mais baixa. À medida que a temperatura aumenta, os complexos se desintegram e, quanto mais fortemente, mais fracas são as forças de interação entre as moléculas do complexo.

Como mencionado no início deste capítulo, existem também os chamados líquidos cristalinos ou cristais líquidos, que, sendo líquidos, possuem, como as substâncias cristalinas, propriedades anisotrópicas. Distinguir termotrópico E liotrópico cristais líquidos.

Deve-se notar que a ordenação parcial das moléculas é característica de uma série de substâncias biologicamente importantes - sistemas proteicos-lipídicos, colesterol, alguns sais de ácidos graxos, etc. de organização de estruturas macromoleculares e à sua maneira a entidade é dinâmica. Em um organismo vivo, essa ordem é mantida devido ao equilíbrio entre os processos contínuos de decomposição e formação de matéria e está associada a um aumento na entropia do sistema em que o organismo está localizado.

§ 8. Fricção interna (viscosidade) de líquidos.

Todo corpo, ao se mover, experimenta resistência do meio em que se move. Se você misturar água, xarope de açúcar, glicerina, mel, etc. com uma vareta de vidro, sentirá resistência ao movimento da vareta. A força que se opõe ao movimento de um corpo é chamada forças de atrito.

Quando um corpo experimenta resistência ao movimento de suas próprias partículas, a força oposta é chamada atrito interno ou viscosidade. Por isso, viscosidade é o atrito interno que se manifesta durante o movimento relativo das camadas adjacentes de líquido e depende das forças de adesão (interação) entre as moléculas. Em todos os líquidos, quando uma camada se move em relação a outra, surgem forças de atrito mais ou menos significativas, direcionadas tangencialmente à superfície dessas camadas. A força de atrito interno F é diretamente proporcional à área S das camadas líquidas em atrito umas contra as outras e à velocidade de seu movimento dU e inversamente proporcional à distância dx dessas camadas umas das outras:

Ao expressar a força de atrito F em newtons, dx em m, dU em m/s e S em m 2, obtemos

A viscosidade é um valor característico de um determinado líquido.

Os líquidos que obedecem à equação (I.31) são chamados Newtoniano. Porém, existem líquidos que não obedecem a esta equação, por exemplo soluções de compostos de alto peso molecular.

A viscosidade dos líquidos depende em grande parte da temperatura: à medida que aumenta, a viscosidade do líquido diminui.

O recíproco da viscosidade, ou seja, 1/η, é chamado fluidez. O éter e o álcool etílico fluem facilmente ou são facilmente móveis, e a glicerina e o alcatrão são difíceis de fluir, ou, em outras palavras, líquidos de baixa movimentação.

O valor da viscosidade na natureza é muito alto. Nos sistemas biológicos, afeta o curso de uma série os processos mais importantes em um organismo vivo. A viscosidade desempenha um papel importante em vários processos tecnológicos na indústria. Em particular, a velocidade de movimento de vários líquidos através dos tubos depende principalmente da viscosidade do líquido transportado.

Uma diminuição na viscosidade de um líquido quando aquecido está associada a um aumento na condutividade elétrica das soluções eletrolíticas (condutores do segundo tipo).