Molio mineralai: klasifikacija, sudėtis, savybės ir panaudojimas

2024 Autorius: Henry Conors | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-02-12 10:25

Molio mineralai yra vandeniniai aliuminio filosilikatai, kartais su įvairiomis geležies, magnio, šarminių ir šarminių žemių metalų priemaišomis ir kitais katijonais, randamais ant kai kurių planetų paviršių arba šalia jų.

Jie susidaro esant vandeniui ir kadaise buvo svarbūs gyvybės atsiradimui, todėl daugelis abiogenezės teorijų juos įtraukė į šį procesą. Jie yra svarbios dirvožemio sudedamosios dalys ir nuo seno buvo naudingi žmonėms žemės ūkyje ir gamyboje.

Švietimas

Molis sudaro plokščius šešiakampius lakštus, panašius į žėrutį. Molio mineralai yra įprasti dulėjimo produktai (įskaitant lauko špatą) ir žemos temperatūros hidroterminių pokyčių produktai. Jie labai paplitę dirvožemyje, smulkiagrūdėse nuosėdinėse uolienose, tokiose kaip skalūnai, purvo akmenys ir aleuritas, taip pat smulkiagrūdžiuose metamorfiniuose skalūnuose ir filituose.

Funkcijos

Molio mineralai paprastai (bet nebūtinai) yra itin smulkaus dydžio. Paprastai jie laikomi mažesniais nei 2 mikrometrai pagal standartinę dalelių dydžio klasifikaciją, todėl gali prireikti specialių analizės metodų, norint juos nustatyti ir ištirti. Tai apima rentgeno spindulių difrakciją, elektronų difrakcijos metodus, įvairius spektroskopinius metodus, tokius kaip Mössbauer spektroskopija, infraraudonųjų spindulių spektroskopija, Ramano spektroskopija ir SEM-EDS, arba automatizuotus mineralogijos procesus. Šiuos metodus galima papildyti poliarizuotos šviesos mikroskopija – tradicine technika, kuria nustatomi esminiai reiškiniai arba petrologiniai ryšiai.

Platinimas

Atsižvelgiant į vandens poreikį, molio mineralai yra gana reti Saulės sistemoje, nors jie yra plačiai paplitę Žemėje, kur vanduo sąveikauja su kitais mineralais ir organinėmis medžiagomis. Jie taip pat buvo rasti keliose Marso vietose. Spektrografija patvirtino jų buvimą ant asteroidų ir planetoidų, įskaitant nykštukinę Cererą ir Tempel 1 bei Jupiterio palydovą Europą.

Klasifikacija

Pagrindiniai molio mineralai yra įtraukti į šias grupes:

Kaolino grupė, kuriai priklauso mineralai kaolinitas, dikitas, haloysite ir nakritas (Al2Si2O5 (OH) 4 polimorfai). Kai kurie š altiniai apima kaolinito-serpentino grupę dėl struktūrinio panašumo (Bailey1980).
Smektitų grupė, kuriai priklauso dioktaedriniai smektitai, tokie kaip montmorilonitas, nontronitas ir beidelitas, ir trioktaedriniai smektitai, tokie kaip saponitas. 2013 m. marsaeigio „Curiosity“atliktais analitiniais bandymais buvo rasti rezultatai, atitinkantys smektito molio mineralų buvimą Marso planetoje.
Illite grupė, kuriai priklauso molio žėručiai. Illitas yra vienintelis paplitęs šios grupės mineralas.
Clorito grupė apima daugybę panašių mineralų, kurių cheminė sudėtis skiriasi.

Kitos rūšys

Yra ir kitų šių mineralų rūšių, tokių kaip sepiolitas arba atapulgitas, molis su ilgais vidiniais vandens kanalais. Mišraus sluoksnio molio variacijos aktualios daugumai minėtų grupių. Užsakymas apibūdinamas kaip atsitiktinis arba įprastas užsakymas ir toliau apibūdinamas terminu „Reichweit“, kuris vokiškai reiškia „diapazonas“arba „aprėptis“. Literatūros straipsniuose minimas, pavyzdžiui, užsakytas illitas-smektitas R1. Šis tipas yra įtrauktas į ISISIS kategoriją. Kita vertus, R0 apibūdina atsitiktinį išdėstymą. Be šių, taip pat galite rasti kitų išplėstinio užsakymo tipų (R3 ir kt.). Mišraus sluoksnio molio mineralai, kurie yra tobuli R1 tipai, dažnai gauna savo pavadinimus. R1 eilės chloritas-smektitas žinomas kaip korrenitas, R1 – ilitas-smektitas – rektoritas.

Studijų istorija

Žinios apie molio prigimtį tapo labiau suprantamosketvirtajame dešimtmetyje, kai buvo kuriamos rentgeno spindulių difrakcijos technologijos, reikalingos molio dalelių molekulinės prigimties analizei. Šiuo laikotarpiu taip pat atsirado terminų standartizavimas, ypatingą dėmesį skiriant panašiems žodžiams, kurie sukėlė painiavą, pvz., lapas ir plokštuma.

Kaip ir visi filosilikatai, molio mineralai pasižymi dvimačiais SiO4 kampinių tetraedrų ir (arba) AlO4 oktaedrų lakštais. Lakštiniai blokai turi cheminę sudėtį (Al, Si) 3O4. Kiekvienas silicio tetraedras dalijasi 3 savo viršūnių deguonies atomais su kitomis tetraedromis, sudarydamas šešiakampę dviejų matmenų gardelę. Ketvirtoji viršūnė nėra bendrinama su kitu tetraedru, o visos tetraedros „rodo“ta pačia kryptimi. Visos nedalytos viršūnės yra toje pačioje lapo pusėje.

Struktūra

Molyje tetraedriniai lakštai visada yra sujungti su oktaedriniais lakštais, sudarytais iš mažų katijonų, tokių kaip aliuminis ar magnis, ir koordinuojami šešių deguonies atomų. Vieniša tetraedrinio lakšto viršūnė taip pat yra vienos oktaedro pusės dalis, tačiau papildomas deguonies atomas yra virš tarpo tetraedriniame lakšte šešių tetraedrų centre. Šis deguonies atomas yra prijungtas prie vandenilio atomo, kuris sudaro OH grupę molio struktūroje.

Molius galima suskirstyti į kategorijas pagal tai, kaip tetraedriniai ir oktaedriniai lakštai supakuoti į sluoksnius. Jei kiekvienas sluoksnis turi tik vieną tetraedrinę ir vieną oktaedrinę grupę, tai jis priklauso 1:1 kategorijai. Alternatyva, žinoma kaip 2:1 molis, turi du tetraedrinius lakštus sukiekvienos iš jų nedaloma viršūnė, nukreipta viena į kitą ir sudaranti kiekvieną aštuonkampio lapo pusę.

Tetraedro ir aštuonkampio lakštų jungtis reikalauja, kad tetraedrinis lakštas taptų banguotas arba susisuktų, dėl ko šešiakampė matrica iškraipytų ditrigonį, o oktaedrinis lapas išsilygintų. Tai sumažina bendrą kristalito valentinį iškraipymą.

Priklausomai nuo tetraedro ir oktaedrinių lakštų sudėties, sluoksnis neturės krūvio arba bus neigiamas. Jei sluoksniai yra įkrauti, šis krūvis yra subalansuotas tarpsluoksnių katijonų, tokių kaip Na+ arba K+. Kiekvienu atveju tarpiniame sluoksnyje taip pat gali būti vandens. Kristalų struktūra susidaro iš sluoksnių, esančių tarp kitų sluoksnių, krūvos.

Molio chemija

Kadangi dauguma molių gaminami iš mineralų, jie pasižymi dideliu biologiniu suderinamumu ir įdomiomis biologinėmis savybėmis. Dėl disko formos ir įkrautų paviršių molis sąveikauja su įvairiomis makromolekulėmis, tokiomis kaip b altymai, polimerai, DNR ir kt. Kai kurios molio panaudojimo galimybės apima vaistų tiekimą, audinių inžineriją ir biospausdinimą.

Molio chemija yra taikomoji chemijos disciplina, tirianti molio chemines struktūras, savybes ir reakcijas, taip pat molio mineralų struktūrą ir savybes. Tai tarpdisciplininė sritis, apimanti sąvokas ir žinias iš neorganinio ir struktūriniochemija, fizikinė chemija, medžiagų chemija, analitinė chemija, organinė chemija, mineralogija, geologija ir kt.

Molio chemijos (ir fizikos) ir molio mineralų struktūros tyrimai turi didelę akademinę ir pramoninę reikšmę, nes jie yra vieni plačiausiai naudojamų pramoninių mineralų, naudojamų kaip žaliava (keramika ir kt.), adsorbentai, katalizatoriai ir kt.

Mokslo svarba

Unikalios dirvožemio molio mineralų savybės, pvz., sluoksninė nanometrų skalės struktūra, fiksuotų ir keičiamų krūvių buvimas, gebėjimas adsorbuoti ir sulaikyti (interkaluoti) molekules, gebėjimas sudaryti stabilias koloidines dispersijas, individualaus paviršiaus modifikavimo ir tarpsluoksnio cheminio modifikavimo galimybė, o dėl kitų molio chemijos studijos yra labai svarbi ir nepaprastai įvairi studijų sritis.

Molio mineralų fizikinis ir cheminis elgesys turi įtakos daugeliui skirtingų žinių sričių – nuo aplinkos mokslų iki chemijos inžinerijos, nuo keramikos iki branduolinių atliekų tvarkymo.

Jų katijonų mainų pajėgumas (CEC) turi didelę reikšmę subalansuojant dirvoje gausiausius katijonus (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) ir reguliuojant pH, o tai tiesiogiai veikia dirvožemio derlingumą. Molio (ir mineralų) tyrimas taip pat vaidina svarbų vaidmenį kovojant su Ca2+, kuris dažniausiai patenka iš sausumos (upių vandens) į jūras. Galimybė keisti ir kontroliuoti mineralų sudėtį ir kiekį yra vertingas tobulinimo įrankisselektyvūs adsorbentai, naudojami įvairiems tikslams, pavyzdžiui, kuriant cheminius jutiklius arba užteršto vandens valymo priemones. Šis mokslas taip pat vaidina didžiulį vaidmenį klasifikuojant molio mineralų grupes.