معادن الطين: التصنيف والتكوين والخصائص والتطبيقات

2024 مؤلف: Henry Conors | [email protected]. آخر تعديل: 2024-02-12 03:31

المعادن الطينية عبارة عن فيلوسيليكات من الألومنيوم المائي ، تحتوي أحيانًا على شوائب مختلفة من معادن الحديد والمغنيسيوم والقلوي والقلوي الترابي ، وكاتيونات أخرى موجودة على بعض أسطح الكواكب أو بالقرب منها.

تتشكل في وجود الماء ، وكانت ذات يوم مهمة لظهور الحياة ، وهذا هو السبب في أن العديد من نظريات النشوء التلقائي تدخلها في هذه العملية. إنها مكونات مهمة للتربة وقد كانت مفيدة للبشر منذ العصور القديمة في الزراعة والتصنيع.

تعليم

تشكل الصلصال صفائح سداسية مسطحة تشبه الميكا. معادن الطين هي منتجات تجوية شائعة (بما في ذلك تجوية الفلسبار) ومنتجات ذات درجات حرارة منخفضة للتغير الحراري المائي. وهي شائعة جدًا في التربة ، وفي الصخور الرسوبية دقيقة الحبيبات مثل الصخر الزيتي ، والحجر الطيني ، والأحجار الطينية ، وكذلك في الصخر الزيتي المتحول دقيق الحبيبات والفيليت.

الميزات

المعادن الطينية هي عادة (ولكن ليس بالضرورة) متناهية الصغر في الحجم. تعتبر بشكل عام أقل من 2 ميكرومتر في تصنيف حجم الجسيمات القياسي ، لذلك قد تكون هناك حاجة إلى تقنيات تحليلية خاصة لتحديدها ودراستها. وتشمل حيود الأشعة السينية ، وتقنيات حيود الإلكترون ، وطرق التحليل الطيفي المختلفة مثل مطيافية موسباور ، أو التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء ، أو مطيافية رامان و SEM-EDS ، أو عمليات علم المعادن الآلية. يمكن استكمال هذه الأساليب بواسطة الفحص المجهري للضوء المستقطب ، وهي تقنية تقليدية تؤسس ظواهر أساسية أو علاقات صخرية.

توزيع

نظرًا للحاجة إلى الماء ، تعد معادن الطين نادرة نسبيًا في النظام الشمسي ، على الرغم من انتشارها على الأرض ، حيث يتفاعل الماء مع المعادن والمواد العضوية الأخرى. تم العثور عليها أيضًا في عدة أماكن على سطح المريخ. أكدت دراسة الطيف وجودها على الكويكبات والكواكب ، بما في ذلك الكوكب القزم سيريس وتمبل 1 ، وقمر المشتري يوروبا.

التصنيف

معادن الطين الرئيسية متضمنة في المجموعات التالية:

• مجموعة الكولين ، والتي تشمل المعادن kaolinite و dickite و halloysite و nakrite (تعدد أشكال Al2Si2O5 (OH) 4). تتضمن بعض المصادر مجموعة kaolinite-serpentine بسبب التشابه الهيكلي (Bailey1980).
• مجموعة Smectite ، والتي تشمل smectites ثنائي الاوكتاهدرا مثل montmorillonite ، nontronite و beidellite و smectites ثلاثي الاوكتاهدرا مثل saponite. في عام 2013 ، وجدت الاختبارات التحليلية التي أجرتها مركبة Curiosity نتائج متسقة مع وجود معادن طينية السميكتايت على كوكب المريخ.
• مجموعة إيليت ، والتي تشمل الميكا الطينية. الإيلايت هو المعدن الوحيد الشائع في هذه المجموعة.
• تشتمل مجموعة الكلوريت على مجموعة واسعة من المعادن المتشابهة مع اختلاف كيميائي كبير.

أنواع أخرى

هناك أنواع أخرى من هذه المعادن مثل السيبيولايت أو الأتابولجيت ، الطين مع قنوات مائية طويلة داخلية في الهيكل. تعد اختلافات الطبقة المختلطة من الطين ذات صلة بمعظم المجموعات المذكورة أعلاه. يتم وصف الطلب على أنه ترتيب عشوائي أو منتظم ويتم وصفه بمصطلح "Reichweit" ، والذي يعني "النطاق" أو "التغطية" باللغة الألمانية. تشير المقالات الأدبية ، على سبيل المثال ، إلى أمر R1. وهذا النوع يدخل في فئة داعش. من ناحية أخرى ، يصف R0 ترتيبًا عشوائيًا. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنك أيضًا العثور على أنواع أخرى من الطلبات الموسعة (R3 ، إلخ). غالبًا ما تحصل معادن الطبقات المختلطة من الطين ، والتي تعد أنواعًا مثالية من R1 ، على أسمائها الخاصة. يُعرف الكلوريت-السميكتايت المطلوب R1 باسم corrensite ، R1 - إيليت-سميكتايت - رئيس الجامعة.

تاريخ الدراسة

معرفة طبيعة الطين ، أصبحت أكثر قابلية للفهمفي الثلاثينيات مع تطور تقنيات حيود الأشعة السينية اللازمة لتحليل الطبيعة الجزيئية لجزيئات الطين. ظهر توحيد المصطلحات خلال هذه الفترة أيضًا ، مع إيلاء اهتمام خاص للكلمات المماثلة التي أدت إلى الارتباك مثل الورقة والطائرة.

مثل جميع phyllosilicates ، تتميز المعادن الطينية بصفائح ثنائية الأبعاد من رباعي السطوح SiO4 و / أو AlO4 ثماني السطوح. تحتوي كتل الألواح على تركيبة كيميائية (Al ، Si) 3O4. يشترك كل رباعي السطوح السيليكوني في 3 ذرات أكسجين في قمته مع رباعي السطوح الأخرى ، مما يشكل شبكة سداسية في بعدين. لا يتم مشاركة الرأس الرابع مع رباعي السطوح آخر ، وكلها "نقطة" رباعية السطوح في نفس الاتجاه. جميع الرؤوس غير المقسمة على نفس الجانب من الورقة

هيكل

في الطين ، ترتبط الصفائح الرباعية السطوح دائمًا بصفائح ثماني السطوح ، وتتكون من كاتيونات صغيرة مثل الألمنيوم أو المغنيسيوم ، ويتم تنسيقها بواسطة ست ذرات أكسجين. يشكل الرأس الوحيد للصفائح الرباعية السطوح أيضًا جزءًا من جانب واحد من الاوكتاهدرا ، لكن ذرة الأكسجين الزائدة تقع فوق الفجوة في الصفيحة الرباعية السطوح في مركز رباعي السطوح الستة. ذرة الأكسجين هذه مرتبطة بذرة الهيدروجين التي تشكل مجموعة OH في بنية الطين.

يمكن تصنيف الطين وفقًا لكيفية تعبئة صفائح التتراهدرا والأوكتاهدرا في طبقات. إذا كانت كل طبقة تحتوي على مجموعة واحدة فقط من رباعي السطوح ومجموعة واحدة ثماني السطوح ، فإنها تنتمي إلى فئة 1: 1. البديل المعروف باسم 2: 1 الطين له صفحتان رباعي السطوح معالرأس غير المقسم لكل منهما ، موجه نحو بعضهما البعض ويشكل كل جانب من الورقة المثمنة.

يتطلب الاتصال بين صفائح التتراهدرا والأوكتاهدرا أن تصبح الصفيحة الرباعية السطوح مموجة أو ملتوية ، مما يتسبب في تشوه ثنائي النتوء للمصفوفة السداسية ، وتسطيح الصفيحة الاوكتاهدرا. هذا يقلل من تشويه التكافؤ الكلي للبلورات.

اعتمادًا على تكوين صفائح التتراهدرا والأوكتاهدرا ، لن يكون للطبقة شحنة أو سيكون لها شحنة سالبة. إذا كانت الطبقات مشحونة ، تتم موازنة هذه الشحنة بواسطة كاتيونات الطبقة البينية مثل Na + أو K +. في كل حالة ، قد تحتوي الطبقة المتوسطة أيضًا على الماء. يتكون الهيكل البلوري من كومة من الطبقات الموجودة بين الطبقات الأخرى.

كيمياء الطين

نظرًا لأن معظم الصلصال مصنوع من المعادن ، فإن لديهم توافقًا حيويًا عاليًا وخصائص بيولوجية مثيرة للاهتمام. نظرًا لشكل القرص والأسطح المشحونة ، يتفاعل الطين مع مجموعة واسعة من الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والبوليمرات والحمض النووي وما إلى ذلك. تتضمن بعض تطبيقات الطين توصيل الأدوية وهندسة الأنسجة والطباعة الحيوية.

كيمياء الطين هي تخصص تطبيقي في الكيمياء يدرس التراكيب الكيميائية ، وخصائص وتفاعلات الطين ، فضلاً عن تركيب وخصائص معادن الطين. إنه مجال متعدد التخصصات ، يدمج المفاهيم والمعرفة من غير العضوية والهيكليةالكيمياء والكيمياء الفيزيائية وكيمياء المواد والكيمياء التحليلية والكيمياء العضوية وعلم المعادن والجيولوجيا وغيرها.

تعتبر دراسة كيمياء (وفيزياء) الطين وهيكل المعادن الطينية ذات أهمية أكاديمية وصناعية كبيرة ، لأنها من بين المعادن الصناعية الأكثر استخدامًا كمواد خام (السيراميك ، إلخ) ، الممتزات ، المحفزات إلخ.

أهمية العلم

الخصائص الفريدة لمعادن طين التربة ، مثل البنية الطبقية لمقياس النانومتر ، ووجود شحنات ثابتة وقابلة للتبديل ، والقدرة على امتصاص الجزيئات (المقحمة) والاحتفاظ بها ، والقدرة على تكوين تشتت غرواني ثابت ، إمكانية تعديل السطح الفردي والتعديل الكيميائي للطبقة البينية ، وجعل البعض الآخر دراسة كيمياء الطين مجال دراسة مهم للغاية ومتنوع للغاية.

تتأثر العديد من مجالات المعرفة المختلفة بالسلوك الفيزيائي والكيميائي لمعادن الطين ، من العلوم البيئية إلى الهندسة الكيميائية ، ومن السيراميك إلى إدارة النفايات النووية.

سعة التبادل الكاتيوني (CEC) لها أهمية كبيرة في موازنة أكثر الكاتيونات وفرة في التربة (Na + ، K + ، NH4 + ، Ca2 + ، Mg2 +) والتحكم في درجة الحموضة ، مما يؤثر بشكل مباشر على خصوبة التربة. تلعب دراسة الطين (والمعادن) أيضًا دورًا مهمًا في التعامل مع Ca2 + ، والتي تأتي عادةً من اليابسة (مياه النهر) إلى البحار. توفر القدرة على تعديل مكونات المعادن ومحتواها والتحكم فيها أداة قيمة في التطويرمواد ماصة انتقائية مع تطبيقات مختلفة ، مثل ، على سبيل المثال ، إنشاء مستشعرات كيميائية أو عوامل تنظيف للمياه الملوثة. يلعب هذا العلم أيضًا دورًا كبيرًا في تصنيف مجموعات الطين المعدنية.