Классификация, кристаллические структуры и физические свойства глинистых минералов

Глинистые минералы — группа водных силикатов, слагающих основную массу глинистых отложений и большей части почв и определяющих их физико-химические, механические и др. свойства.

Глинистые материалы являются продуктом выветривания преимущественно алюмосиликатов и силикатов магматических и метаморфических горных пород на дневной поверхности. В процессе выветривания глинистые материалы испытывают стадийные преобразования структуры и химического состава в зависимости от изменения физико-химических условий среды выветривания и седиментации. Размеры частиц глинистых материалов в глинах большей частью не превышают 0,01 мм. По кристаллической структуре глинистые материалы относятся к слоистым или псевдослоистым силикатам.

Высокая удельная поверхность, изоморфные замещения, обилие сколов кристаллической решётки и нескомпенсированных зарядов придаёт глинистым минералам катионнообменную способность. Также они способны химически связывать воду.

В состав минералов входят слои, состоящие из кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров, эти слои объединяются в элементарные пакеты, совокупность которых формирует частицу минерала.

По набору слоёв в пакете различают несколько групп глинистых минералов:

Группа каолинита (каолинит, галлуазит) c пакетом, состоящим из одного слоя октаэдров и одного слоя тетраэдров. Пакеты прочно связаны между собой и плотно прилегают друг к другу, в результате чего молекулы воды и катионы металлов не могут входить в межпакетное пространство и минерал не набухает в воде, а также обладает низкой ёмкостью катионного обмена (ЕКО).

Группа монтмориллонита или группа смектита (монтмориллонит, нонтронит, бейделит и др.) с трёхслойным пакетом вида тетраэдр-октаэдр-тетраэдр. Связь между пакетами слаба, туда проникает вода, из-за чего минерал сильно набухает. Отличается высокой ЕКО (до 80-120 мг-экв на 100 г.).

Группа гидрослюд (гидробиотит, гидромусковит и др.) также с трёхслойным пакетом, но сильной связью между ними. Практически не поглощают воду и не набухают в ней. Отличаются высоким содержанием калия, поскольку его ионный радиус позволяет ему входить в пустоты структуры минерала.

Группа хлорита с четырёхслойной набухающей структурой.

Группа смешаннослойных минералов с чередованием пакетов различных типов. Носят названия вида иллит-монтмориллонит, вермикулит-хлорит и т. п., свойства сильно варьируют. По нашему мнению, к глинистым минералам следует относить природно дисперсные слоистые и слоисто-цепочечные силикаты, образующиеся преимущественно при химическом выветривании по­род, накоплении осадков, а также при их постседиментационном преобразовании включая возможность наложения на сформиро­вавшиеся тем или иным путем толщи процесса гидротермальной деятельности. Одной из важнейших особенностей кристаллического строения глинистых минералов является их способность активно взаимодействовать с водой.

Главнейшие типы структур глинистых минералов

Октаэдрнческие сетки, содержащие AI или Mg и имеющие со­став АЫОН)₆ либо Mg₃(OH)e. представляют собой одноэтажные слои типа 0:1 н являются простейшими слоистыми структурами гндраргнллнтового (гиббеитового) и бруентового типа. Высота та­ких слоен в структуре первого типа 0,205, второго — 0,215 ни.

Однако более широкое распространение в природе имеют струк­туры, которые состоят либо из двух- или трехэтажных слоев, либо из сочетания трех- и одноэтажного слоев, т. е. четырехэтажного тина, бразующихся в результате определенного сочленения тетра-и октаэдрнческих сеток. Двухэтажные, или 1: 1, слои состоят из одной тетра- и одной октаэдр и ческой сеток. У слоев, содержащих А1 или Mg в октаэдрах и Si в тетраэдрах, т. е. у дн- (каолннитовый тип) или трноктаэдрических (серпенти-новый тип) структур, указанный параметр составляет соответст­венно 0,715 и 0,730 нм. Отдельные, практически электронейтраль­ные слои в структурах рассматриваемого типа жестко соединяют­ся посредством электростатических сил сцепления (водородных связей). При частичном замещении в тетраэдрах таких структур Si на AI, т. е. при составе типа Sii_*Al*, где х>0, возникающий отри­цательный тетраэдрическнй заряд компенсируется зарядом окта­эдрнческих сеток. Вследствие этого катионы А1 располагаются в тетраэдрах ближе к вершинным атомам О, т. е. приближаются к «немостнковым* анионам для компенсации их валентности. Подоб­ное сочленение сеток определяет сжатие кристаллической решетки перпендикулярно к их базалыюй плоскости, в частности у бертье-ривов — минералов с Fe и частично Mg и AI в октаэдрах — до 0,705 нм. Трехэтажные, или 2:1, слои включают две тетраэдрические сет­ки и расположенную между ними октаэдрнческую сетку. При от­сутствии гетеровалентных замещений в тетра- в октаэдрнческих сетках, в зависимости от А1- либо Mg-состава последних, слои 2: 1 образуют соответственно структуры пнрофиллнтового или талько­вого типа. Отдельные электронейтральные слои в этом случае же­стко соединяются, как в структуре близких (по составу тетра- и октаэдрнческих сеток) двухэтажных минералов. Однако, в отли­чие от последних, связь между слоями осуществляется с помощью ван-дер-ваальсовых сил.

 

 

Слоистые глинистые минералы с двухслойными и трехслойными пакетами: группа каолинита и группа монтмориллонита.

 

Глинистые минералы — вторичные водные силикаты, алюмосиликаты и ферросиликаты, слагающие основную массу глин, аргиллитов и тонких (< 0,005 мм) фракций некоторых других осадочных пород. Наиболее распространённые представители - каолинит, монтмориллонит, бейдолит, галлуазит, иллит.

Глинистые минералы являются продуктом выветривания преимущественно алюмосиликатов и силикатов магматических и метаморфических горных пород на дневной поверхности. В процессе выветривания глинистые материалы испытывают стадийные преобразования структуры и химического состава в зависимости от изменения физико-химических условий среды выветривания и седиментации. Размеры частиц глинистых материалов в глинах большей частью не превышают 0,01 мм. По кристаллической структуре глинистые материалы относятся к слоистым или псевдослоистым силикатам.

Высокая удельная поверхность, изоморфные земещения, обилие сколов кристаллической решётки и нескомпенсированных зарядов придаёт глинистым минералам катионнообменную способность. Также они способны химически связывать воду.

 

Группа каолинита (каолинит, галлуазит) c пакетом, состоящим из одного слоя октаэдров и одного слоя тетраэдров. Пакеты прочно связаны между собой и плотно прилегают друг к другу, в результате чего молекулы воды и катионы металлов не могут входить в межпакетное пространство и минерал не набухает в воде, а также обладает низкой ёмкостью катионного обмена (ЕКО).

Гр. монтмориллонита.

Группа монтмориллонита или группа смектита (монтмориллонит, нонтронит, бейделит и др.) с трёхслойным пакетом вида тетраэдр-октаэдр-тетраэдр. Связь между пакетами слаба, туда проникает вода, из-за чего минерал сильно набухает.

Монтмориллонит (Al,Mg)2[Si4O10](OH)2×4H2O, бейделлит Al2[(Si,Al)4OH10](OH)2×4H2O. Содержит примесь Na+. Структура слоистая. Сингония моноклинная. Цвет белый, розовый, серый. Блеск матовый. Сильно набухает в присутствии воды. Твердость -1. Плотность- непостоянная

Нонтронит (Fe,Al)2[(Si,Al04O10](OH)2×4H2O Содержит примеси Na+, Ca+, Ni. Структура слоистая. Сингония моноклинная. Форма выделения: в землистых массах. Цвет серо-зеленый, желто-зеленый. Блеск матовый. Твердость - 2. Плотность -1,72-1,87 г/см3.Разновидности: волконскоит – Cr-нонтронит.

Хризоколла Cu4[Si4O10](OH)2×4H2O Структура слоистая. Сингония моноклинная. Форма выделения: скрытокристаллическая в опаловидных натечных массах, корочки, примазки с пупырчатой поверхностью. Цвет голубой, зелено-голубой. Черта зеленовато-белая. Блеск стеклянный, восковый. Твердость - 2-3. Плотность - 2-2,3 г/см3.

 

 

Теория формирования отливок