Minerali argillosi: classificazione, composizione, proprietà e applicazioni

2024 Autore: Henry Conors | [email protected]. Ultima modifica: 2024-02-12 09:05

I minerali argillosi sono fillosilicati acquosi di alluminio, a volte con varie impurità di ferro, magnesio, metalli alcalini e alcalino terrosi e altri cationi che si trovano su o vicino ad alcune superfici planetarie.

Si formano in presenza di acqua e un tempo erano importanti per l'emergere della vita, motivo per cui molte teorie sull'abiogenesi li includono in questo processo. Sono importanti costituenti del suolo e sono stati utili per l'uomo fin dai tempi antichi nell'agricoltura e nella produzione.

Istruzione

Le argille formano fogli esagonali piatti simili alle miche. I minerali argillosi sono prodotti atmosferici comuni (compreso l'invecchiamento del feldspato) e prodotti a bassa temperatura dell' alterazione idrotermale. Sono molto comuni nei suoli, nelle rocce sedimentarie a grana fine come scisti, argille e siltiti, nonché in scisti metamorfici a grana fine e filliti.

Caratteristiche

I minerali di argilla sono in genere (ma non necessariamente) di dimensioni ultrafini. Sono generalmente considerati inferiori a 2 micrometri nella classificazione standard delle dimensioni delle particelle, quindi potrebbero essere necessarie tecniche analitiche speciali per identificarli e studiarli. Questi includono la diffrazione dei raggi X, le tecniche di diffrazione elettronica, vari metodi spettroscopici come la spettroscopia Mössbauer, la spettroscopia infrarossa, la spettroscopia Raman e SEM-EDS, o processi di mineralogia automatizzata. Questi metodi possono essere integrati dalla microscopia a luce polarizzata, una tecnica tradizionale che stabilisce fenomeni fondamentali o relazioni petrologiche.

Distribuzione

Data la necessità di acqua, i minerali argillosi sono relativamente rari nel sistema solare, sebbene siano diffusi sulla Terra, dove l'acqua interagisce con altri minerali e con la materia organica. Sono stati trovati anche in diversi luoghi su Marte. La spettrografia ha confermato la loro presenza su asteroidi e planetoidi, inclusi il pianeta nano Cerere e Tempel 1, e la luna di Giove Europa.

Classificazione

I principali minerali argillosi sono inclusi nei seguenti gruppi:

Gruppo caolino, che comprende i minerali caolinite, dickite, halloysite e nakrite (polimorfi di Al2Si2O5 (OH) 4). Alcune fonti includono il gruppo caolinite-serpentina a causa della somiglianza strutturale (Bailey1980).
Gruppo smectite, che include smectiti diottaedriche come montmorillonite, nontronite e beidellite e smectiti triottaedriche come la saponite. Nel 2013, i test analitici del rover Curiosity hanno trovato risultati coerenti con la presenza di minerali di argilla smectite sul pianeta Marte.
gruppo Illite, che include miche di argilla. Illite è l'unico minerale comune in questo gruppo.
Il gruppo del clorito comprende un'ampia gamma di minerali simili con variazioni chimiche significative.

Altre specie

Esistono altri tipi di questi minerali come la sepiolite o l'attapulgite, argille con lunghi canali d'acqua interni alla struttura. Le variazioni di argilla a strati misti sono rilevanti per la maggior parte dei gruppi sopra menzionati. L'ordinamento è descritto come ordinamento casuale o regolare ed è ulteriormente descritto dal termine "Reichweit", che in tedesco significa "gamma" o "copertura". Gli articoli di letteratura si riferiscono, ad esempio, all'illite-smectite ordinata R1. Questa tipologia è inclusa nella categoria ISISIS. R0, d' altra parte, descrive un ordinamento casuale. Oltre a questi, puoi trovare anche altri tipi di ordinazione estesi (R3, ecc.). I minerali argillosi a strati misti, che sono tipi perfetti di R1, spesso prendono i loro nomi. La clorite-smectite ordinata R1 è nota come corrensite, R1 - illite-smectite - rettorite.

Cronologia dello studio

La conoscenza della natura dell'argilla è diventata più comprensibilenegli anni '30 con lo sviluppo delle tecnologie di diffrazione dei raggi X necessarie per analizzare la natura molecolare delle particelle di argilla. Anche in questo periodo è emersa la standardizzazione della terminologia, con particolare attenzione a parole simili che hanno portato a confusione come foglia e aereo.

Come tutti i fillosilicati, i minerali argillosi sono caratterizzati da fogli bidimensionali di tetraedri angolari SiO4 e/o ottaedri AlO4. I blocchi di fogli hanno una composizione chimica (Al, Si) 3O4. Ogni tetraedro di silicio condivide 3 dei suoi atomi di ossigeno al vertice con altri tetraedri, formando un reticolo esagonale in due dimensioni. Il quarto vertice non è condiviso con un altro tetraedro e tutti i tetraedri "puntano" nella stessa direzione. Tutti i vertici indivisi sono sullo stesso lato del foglio.

Struttura

Nelle argille, i fogli tetraedrici sono sempre legati a fogli ottaedrici, formati da piccoli cationi come alluminio o magnesio e coordinati da sei atomi di ossigeno. Anche il vertice solitario del foglio tetraedrico fa parte di un lato dell'ottaedrico, ma l'atomo di ossigeno in più si trova sopra lo spazio vuoto nel foglio tetraedrico al centro dei sei tetraedri. Questo atomo di ossigeno è legato all'atomo di idrogeno che forma il gruppo OH nella struttura dell'argilla.

Le argille possono essere classificate in base a come i fogli tetraedrici e ottaedrici sono imballati in strati. Se ogni strato ha un solo gruppo tetraedrico e uno ottaedrico, allora appartiene alla categoria 1:1. Un' alternativa nota come argilla 2:1 ha due fogli tetraedrici conil vertice indiviso di ciascuno di essi, diretto l'uno verso l' altro e formando ciascun lato del foglio ottagonale.

La connessione tra i fogli tetraedrici e ottaedrici richiede che il foglio tetraedrico diventi ondulato o attorcigliato, causando la distorsione ditrigonale della matrice esagonale e l'appiattimento del foglio ottaedrico. Ciò riduce al minimo la distorsione di valenza complessiva del cristallite.

A seconda della composizione dei fogli tetraedrici e ottaedrici, lo strato non avrà carica o ne avrà una negativa. Se gli strati sono carichi, questa carica è bilanciata da cationi interstrato come Na+ o K+. In ogni caso, lo strato intermedio può contenere anche acqua. La struttura cristallina è formata da una pila di strati posizionati tra altri strati.

Chimica dell'argilla

Poiché la maggior parte delle argille sono costituite da minerali, hanno un'elevata biocompatibilità e interessanti proprietà biologiche. A causa della sua forma a disco e delle superfici cariche, l'argilla interagisce con un'ampia gamma di macromolecole come proteine, polimeri, DNA, ecc. Alcune delle applicazioni per le argille includono la somministrazione di farmaci, l'ingegneria dei tessuti e la biostampa.

La chimica dell'argilla è una disciplina applicata della chimica che studia le strutture chimiche, le proprietà e le reazioni dell'argilla, nonché la struttura e le proprietà dei minerali dell'argilla. È un campo interdisciplinare, che incorpora concetti e conoscenze dall'inorganico e strutturalechimica, chimica fisica, chimica dei materiali, chimica analitica, chimica organica, mineralogia, geologia e altri.

Lo studio della chimica (e fisica) delle argille e della struttura dei minerali argillosi è di grande importanza accademica e industriale, poiché sono tra i minerali industriali più utilizzati come materie prime (ceramica, ecc.), adsorbenti, catalizzatori ecc.

L'importanza della scienza

Le proprietà uniche dei minerali argillosi del suolo, come la struttura a strati della scala nanometrica, la presenza di cariche fisse e intercambiabili, la capacità di adsorbire e trattenere (intercalare) molecole, la capacità di formare dispersioni colloidali stabili, la possibilità di modificazione della superficie individuale e modificazione chimica interstrato, e altri rendono lo studio della chimica dell'argilla un campo di studio molto importante ed estremamente diversificato.

Molti campi di conoscenza sono influenzati dal comportamento fisico-chimico dei minerali argillosi, dalle scienze ambientali all'ingegneria chimica, dalla ceramica alla gestione delle scorie nucleari.

La loro capacità di scambio cationico (CEC) è di grande importanza per bilanciare i cationi più abbondanti nel suolo (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) e il controllo del pH, che influisce direttamente sulla fertilità del suolo. Anche lo studio delle argille (e dei minerali) gioca un ruolo importante nell'affrontare il Ca2+, che solitamente arriva dalla terra (acqua di fiume) ai mari. La capacità di modificare e controllare la composizione e il contenuto dei minerali offre un prezioso strumento di sviluppoadsorbenti selettivi con svariate applicazioni, come ad esempio la realizzazione di sensori chimici o detergenti per acque contaminate. Questa scienza svolge anche un ruolo enorme nella classificazione dei gruppi minerali argillosi.