Mga mineral na luad: pag-uuri, komposisyon, mga katangian at aplikasyon

2024 May -akda: Henry Conors | [email protected]. Huling binago: 2024-02-12 13:59

Ang mga clay mineral ay may tubig na aluminum phyllosilicates, kung minsan ay may iba't ibang dumi ng iron, magnesium, alkali at alkaline earth metals, at iba pang kasyon na matatagpuan sa o malapit sa ilang planetary surface.

Ang mga ito ay nabuo sa presensya ng tubig, at minsan ay mahalaga para sa paglitaw ng buhay, kaya naman maraming mga teorya ng abiogenesis ang nagsasama sa kanila sa prosesong ito. Ang mga ito ay mahalagang bahagi ng mga lupa at naging kapaki-pakinabang sa mga tao mula noong sinaunang panahon sa agrikultura at pagmamanupaktura.

Edukasyon

Clays ay bumubuo ng mga flat hexagonal sheet na katulad ng micas. Ang mga clay mineral ay karaniwang mga produkto ng weathering (kabilang ang feldspar weathering) at mababang temperatura na mga produkto ng hydrothermal alteration. Ang mga ito ay karaniwan sa mga lupa, sa mga pinong butil na sedimentary na bato tulad ng mga shales, mudstone at siltstones, gayundin sa pinong butil na metamorphic shales at phyllite.

Mga Tampok

Ang mga mineral na luad ay karaniwang (ngunit hindi kinakailangan) ultrafine ang laki. Karaniwang itinuturing ang mga ito na mas mababa sa 2 micrometer sa karaniwang pag-uuri ng laki ng butil, kaya maaaring kailanganin ang mga espesyal na analytical technique upang matukoy at mapag-aralan ang mga ito. Kabilang dito ang X-ray diffraction, electron diffraction technique, iba't ibang spectroscopic na pamamaraan tulad ng Mössbauer spectroscopy, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy at SEM-EDS, o mga automated na proseso ng mineralogy. Ang mga pamamaraang ito ay maaaring dagdagan ng polarized light microscopy, isang tradisyonal na pamamaraan na nagtatatag ng mga pangunahing phenomena o petrological na relasyon.

Pamamahagi

Dahil sa pangangailangan para sa tubig, ang mga mineral na luad ay medyo bihira sa solar system, bagama't laganap ang mga ito sa Earth, kung saan nakikipag-ugnayan ang tubig sa iba pang mineral at organikong bagay. Natagpuan din sila sa ilang lugar sa Mars. Kinumpirma ng spectrography ang kanilang presensya sa mga asteroid at planetoid, kabilang ang dwarf planet na Ceres at Tempel 1, at ang buwan ng Jupiter na Europa.

Pag-uuri

Ang mga pangunahing clay mineral ay kasama sa mga sumusunod na cluster:

• Kaoline group, na kinabibilangan ng mga mineral na kaolinit, dickite, halloysite at nakrite (polymorphs ng Al2Si2O5 (OH) 4). Ang ilang mga mapagkukunan ay kinabibilangan ng grupong kaolinit-serpentine dahil sa pagkakatulad ng istruktura (Bailey1980).
• Smectite group, na kinabibilangan ng mga dioctahedral smektite gaya ng montmorillonite, nontronite at beidellite at trioctahedral smectite gaya ng saponite. Noong 2013, nakita ng mga analytical na pagsubok ng Curiosity rover ang mga resulta na naaayon sa pagkakaroon ng smectite clay mineral sa planetang Mars.
• Illite group, na kinabibilangan ng clay micas. Ang Illite ay ang tanging karaniwang mineral sa pangkat na ito.
• Ang pangkat ng chlorite ay may malawak na hanay ng mga katulad na mineral na may makabuluhang pagkakaiba-iba ng kemikal.

Iba pang species

Mayroong iba pang mga uri ng mga mineral na ito tulad ng sepiolite o attapulgite, mga clay na may mahabang mga daluyan ng tubig na panloob sa istraktura. Ang mga pagkakaiba-iba ng pinaghalong layer na luad ay may kaugnayan para sa karamihan ng mga nabanggit na grupo. Inilalarawan ang pag-order bilang random o regular na pag-order at higit pang inilalarawan ng terminong "Reichweit", na nangangahulugang "saklaw" o "saklaw" sa German. Ang mga artikulo sa panitikan ay tumutukoy, halimbawa, sa iniutos na illite-smectite R1. Ang ganitong uri ay kasama sa kategoryang ISISIS. Ang R0, sa kabilang banda, ay naglalarawan ng isang random na pag-order. Bilang karagdagan sa mga ito, maaari ka ring makahanap ng iba pang mga pinahabang uri ng pag-order (R3, atbp.). Ang mga mixed layer na clay mineral, na mga perpektong uri ng R1, ay kadalasang nakakakuha ng sarili nilang mga pangalan. R1-ordered chlorite-smectite ay kilala bilang corrensite, R1 - illite-smectite - rectorite.

Kasaysayan ng pag-aaral

Kaalaman sa kalikasan ng luad, naging mas nauunawaannoong 1930s kasama ang pag-unlad ng mga teknolohiya ng X-ray diffraction na kailangan upang pag-aralan ang molekular na katangian ng mga particle ng luad. Ang standardisasyon ng terminolohiya ay lumitaw din sa panahong ito, na may partikular na atensyon sa mga katulad na salita na humantong sa pagkalito tulad ng dahon at eroplano.

Tulad ng lahat ng phyllosilicates, ang mga clay mineral ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang-dimensional na sheet ng SiO4 corner tetrahedra at/o AlO4 octahedra. Ang mga bloke ng sheet ay may kemikal na komposisyon (Al, Si) 3O4. Ang bawat silicon tetrahedron ay nagbabahagi ng 3 sa kanyang vertex oxygen atoms sa iba pang tetrahedra, na bumubuo ng isang hexagonal na sala-sala sa dalawang dimensyon. Ang ikaapat na vertex ay hindi ibinabahagi sa isa pang tetrahedron, at ang lahat ng tetrahedra ay "punto" sa parehong direksyon. Ang lahat ng hindi nahahati na vertex ay nasa parehong gilid ng sheet.

Structure

Sa mga clay, ang mga tetrahedral sheet ay palaging nakadikit sa mga octahedral sheet, na nabuo mula sa maliliit na cation gaya ng aluminum o magnesium, at pinag-ugnay ng anim na oxygen atoms. Ang nag-iisang vertex ng tetrahedral sheet ay bumubuo rin ng bahagi ng isang bahagi ng octahedral, ngunit ang sobrang oxygen na atom ay matatagpuan sa itaas ng puwang sa tetrahedral sheet sa gitna ng anim na tetrahedra. Ang oxygen atom na ito ay nakagapos sa hydrogen atom na bumubuo sa OH group sa clay structure.

Maaaring ikategorya ang mga Clay ayon sa kung paano naka-pack ang mga tetrahedral at octahedral sheet sa mga layer. Kung ang bawat layer ay mayroon lamang isang tetrahedral at isang octahedral na grupo, kung gayon ito ay kabilang sa kategoryang 1:1. Ang isang alternatibong kilala bilang 2:1 clay ay may dalawang tetrahedral sheet na mayang hindi nahahati na vertex ng bawat isa sa kanila, nakadirekta sa isa't isa at bumubuo sa bawat panig ng octagonal sheet.

Ang koneksyon sa pagitan ng tetrahedral at octahedral sheet ay nangangailangan ng tetrahedral sheet na maging corrugated o twisted, na nagiging sanhi ng ditrigonal distortion ng hexagonal matrix, at ang octahedral sheet upang patagin. Pinaliit nito ang kabuuang valence distortion ng crystallite.

Depende sa komposisyon ng tetrahedral at octahedral sheet, ang layer ay walang charge o magkakaroon ng negatibo. Kung sinisingil ang mga layer, ang singil na ito ay binabalanse ng mga interlayer cation gaya ng Na+ o K+. Sa bawat kaso, ang intermediate layer ay maaari ding maglaman ng tubig. Ang kristal na istraktura ay nabuo mula sa isang stack ng mga layer na matatagpuan sa pagitan ng iba pang mga layer.

Clay chemistry

Dahil karamihan sa mga clay ay gawa sa mga mineral, mayroon silang mataas na biocompatibility at mga kawili-wiling biological na katangian. Dahil sa hugis ng disk at mga naka-charge na surface nito, nakikipag-ugnayan ang clay sa malawak na hanay ng mga macromolecule gaya ng mga protina, polymers, DNA, atbp. Kabilang sa ilan sa mga application para sa clay ang paghahatid ng gamot, tissue engineering, at bioprinting.

Ang

Clay chemistry ay isang inilapat na disiplina ng chemistry na pinag-aaralan ang mga kemikal na istruktura, katangian at reaksyon ng clay, gayundin ang istraktura at katangian ng mga mineral na luad. Ito ay isang interdisciplinary field, na nagsasama ng mga konsepto at kaalaman mula sa inorganic at structuralchemistry, physical chemistry, chemistry ng mga materyales, analytical chemistry, organic chemistry, mineralogy, geology at iba pa.

Ang pag-aaral ng kimika (at pisika) ng mga luad at ang istruktura ng mga mineral na luad ay may malaking kahalagahang pang-akademiko at pang-industriya, dahil ang mga ito ay kabilang sa pinakamalawak na ginagamit na mga mineral na pang-industriya na ginagamit bilang hilaw na materyales (ceramics, atbp.), adsorbents, catalyst atbp.

Ang Kahalagahan ng Agham

Ang mga natatanging katangian ng mga mineral na luad sa lupa, tulad ng layered na istraktura ng sukat ng nanometer, ang pagkakaroon ng mga nakapirming at mapagpapalit na mga singil, ang kakayahang mag-adsorb at magpanatili (mag-intercalate) ng mga molekula, ang kakayahang bumuo ng matatag na mga dispersion ng koloid, ang posibilidad ng indibidwal na pagbabago sa ibabaw at interlayer chemical modification, at ginagawa ng iba ang pag-aaral ng clay chemistry ay isang napakahalaga at lubhang magkakaibang larangan ng pag-aaral.

Maraming iba't ibang larangan ng kaalaman ang naiimpluwensyahan ng physicochemical behavior ng clay minerals, mula sa environmental sciences hanggang chemical engineering, mula sa ceramics hanggang sa nuclear waste management.

Ang kanilang cation exchange capacity (CEC) ay may malaking kahalagahan sa pagbalanse ng pinakamaraming cation sa lupa (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) at pH control, na direktang nakakaapekto sa pagkamayabong ng lupa. Ang pag-aaral ng mga luad (at mineral) ay gumaganap din ng mahalagang papel sa pagharap sa Ca2+, na kadalasang nagmumula sa lupa (tubig ng ilog) hanggang sa mga dagat. Ang kakayahang baguhin at kontrolin ang komposisyon at nilalaman ng mga mineral ay nag-aalok ng isang mahalagang tool sa pag-unladmga piling adsorbents na may iba't ibang mga aplikasyon, tulad ng, halimbawa, ang paglikha ng mga sensor ng kemikal o mga ahente ng paglilinis para sa kontaminadong tubig. Malaki rin ang papel na ginagampanan ng agham na ito sa pag-uuri ng mga pangkat ng mineral na luad.