Jump to content

Глина минеральная

(Перенаправлено с глинистых минералов )

Оксфордская глина ( юрский период ), обнаженная недалеко от Уэймута , Англия.

Глинистые минералы представляют собой водные слоистые алюминия силикаты (например, каолин , Al 2 Si 2 O 5 ( OH ) 4 ), иногда с переменным количеством железа , магния , щелочных металлов , щелочноземельных металлов и других катионов , обнаруженных на некоторых планетарных поверхностях или вблизи них .

Глинистые минералы образуются в присутствии воды. [1] и были важны для жизни, и многие теории абиогенеза включают их. Они являются важными компонентами почв и с древних времен были полезны человеку в сельском хозяйстве и производстве .

Характеристики

[ редактировать ]
Шестиугольные листы глинистого минерала каолинита ( изображение СЭМ , увеличение 1340×)

Глина — очень мелкозернистый геологический материал, который при намокании приобретает пластичность становится твердым, хрупким и непластичным , но при высыхании или обжиге . [2] [3] [4] Это очень распространенный материал, [5] и является старейшей известной керамикой . Первобытные люди открыли полезные свойства глины и использовали ее для изготовления гончарных изделий . [6] Химический состав глины, в том числе ее способность удерживать питательные катионы, такие как калий и аммоний , важен для плодородия почвы. [7]

Поскольку отдельные частицы глины имеют размер менее 4 микрометров (0,00016 дюйма), их невозможно охарактеризовать обычными оптическими или физическими методами. Кристаллографическая структура глинистых минералов стала лучше понятна в 1930-х годах благодаря достижениям в методе рентгеновской дифракции (XRD), необходимом для расшифровки их кристаллической решетки. [8] Было обнаружено, что глинистые частицы представляют собой преимущественно пластинчатые силикатные (филлосиликатные) минералы, которые теперь сгруппированы в глинистые минералы. В основе их структуры лежат плоские шестиугольные пластинки, аналогичные таковым у слюды . минералов группы [9] В этот период также возникла стандартизация терминологии. [8] при этом особое внимание уделялось похожим словам, которые приводили к путанице, таким как лист и самолет. [8]

Поскольку глинистые минералы обычно (но не обязательно) ультрамелкозернистые, для их идентификации и изучения необходимы специальные аналитические методы. Помимо рентгеновской кристаллографии, к ним относятся методы электронографии , [10] различные спектроскопические методы, такие как мессбауэровская спектроскопия , [11] инфракрасная спектроскопия , [10] Рамановская спектроскопия , [12] и СЭМ - ЭЦП [13] или автоматизированная минералогия [10] процессы. Эти методы могут быть дополнены микроскопией в поляризованном свете — традиционным методом, устанавливающим фундаментальные явления или петрологические взаимосвязи. [14]

возникновение

[ редактировать ]

Глинистые минералы являются обычными продуктами выветривания (включая выветривание полевого шпата низкотемпературных гидротермальных изменений ) и продуктами . Глинистые минералы очень распространены в почвах, в мелкозернистых осадочных породах, таких как сланцы , аргиллиты и алевролиты , а также в мелкозернистых метаморфических сланцах и филлитах . [9]

Учитывая потребность в воде, глинистые минералы относительно редки в Солнечной системе , хотя они широко распространены на Земле, где вода взаимодействовала с другими минералами и органическими веществами . Глинистые минералы были обнаружены в нескольких местах на Марсе . [15] включая Эхус Касму , Долину Маурта , четырехугольник Мемнонии и четырехугольник Элизиума . Спектрография подтвердила их присутствие на небесных телах, включая карликовую планету Церера . [16] астероид 101955 Бенну , [17] и комета Темпель 1 , [18] а также спутник Юпитера Европа . [19]

Структура

[ редактировать ]
Вид тетраэдрической листовой структуры глинистого минерала. Апикальные ионы кислорода окрашены в розовый цвет.

Как и все слоистые силикаты, глинистые минералы характеризуются двумерными слоями с общими углами. SiO 4 или тетраэдры AlO 4 октаэдра. Листовые единицы имеют химический состав (Ал, Si) 3 O 4 . Каждый кремниевый тетраэдр разделяет три своих вершинных иона кислорода с другими тетраэдрами, образуя шестиугольный массив в двух измерениях. Четвертый ион кислорода не является общим с другим тетраэдром, и все тетраэдры «направлены» в одном направлении; т.е. все неподеленные ионы кислорода находятся на одной стороне листа. Эти неподеленные ионы кислорода называются апикальными ионами кислорода. [20]

В глинах тетраэдрические листы всегда связаны с октаэдрическими листами, образованными из небольших катионов, таких как алюминий или магний, и координированными шестью атомами кислорода. Неразделенная вершина тетраэдрического листа также образует часть одной стороны октаэдрического листа, но дополнительный атом кислорода расположен над разрывом в тетраэдрическом листе в центре шести тетраэдров. Этот атом кислорода связан с атомом водорода, образуя группу ОН в структуре глины. Глины можно разделить на категории в зависимости от способа упаковки в слои тетраэдрических и октаэдрических листов . Если в каждом слое имеется только одна тетраэдрическая и одна октаэдрическая группа, глина называется глиной 1:1. Альтернативный вариант, известный как глина 2:1, состоит из двух тетраэдрических листов, причем неподеленные вершины каждого листа направлены друг к другу и образуют каждую сторону октаэдрического листа. [20]

Соединение между тетраэдрическими и октаэдрическими листами требует, чтобы тетраэдрический лист стал гофрированным или скрученным, вызывая дитригональное искажение шестиугольного массива, а октаэдрический лист сплющивался. Это сводит к минимуму общие искажения валентности связей кристаллита. [20]

В зависимости от состава тетраэдрических и октаэдрических листов слой будет не иметь заряда или иметь суммарный отрицательный заряд. Если слои заряжены, этот заряд уравновешивается межслоевыми катионами, такими как Na. + или К + или одиноким октаэдрическим листом. Промежуточный слой может также содержать воду. Кристаллическая структура формируется из стопки слоев, расположенных между собой прослойками. [20]

Классификация

[ редактировать ]
Строение групп глинистых минералов

Глинистые минералы можно классифицировать как 1:1 или 2:1. Глина 1:1 будет состоять из одного тетраэдрического листа и одного октаэдрического листа, примерами могут быть каолинит и серпентинит . Глина 2:1 состоит из октаэдрического листа, зажатого между двумя тетраэдрическими листами, примерами являются тальк , вермикулит и монтмориллонит . Слои в глинах 1:1 не заряжены и связаны водородными связями между слоями, но слои 2:1 имеют суммарный отрицательный заряд и могут быть связаны друг с другом отдельными катионами (например, калием в иллите или натрием или кальцием в смектитах). или положительно заряженными октаэдрическими листами (как в хлоритах ). [9]

Глинистые минералы включают следующие группы:

Для большинства вышеперечисленных групп существуют варианты смешанных слоев глины. [9] Порядок описывается как случайный или регулярный порядок и дополнительно описывается термином reichweite , что в переводе с немецкого означает дальность или охват. В литературных статьях, например, будет упоминаться упорядоченный иллит-смектит R1. Этот тип будет упорядочен по схеме иллит-смектит-иллит-смектит (ISIS). R0, с другой стороны, описывает случайное упорядочение, также встречаются другие расширенные типы упорядочения (R3 и т. д.). Глинистые минералы смешанного слоя, являющиеся совершенными типами R1, часто получают собственные названия. Упорядоченный хлорит-смектит R1 известен как корренсит , R1 иллит-смектит — ректорит . [25]

Краткое изложение критериев идентификации глинистых минералов - справочные данные для идентификации глинистых минералов [26]
Глина Каолинит Обезвоженный галлуазит Гидратированный галлуазит Иллит Вермикулит Смектит Хлорит
Рентгеновский RF(001)(нанометры) 7 7 10 10 10–14 10–18 14
Гликоль (мг/г) 16 35 60 60 200 300 30
ЦИК (мэкв/100 г) 3 12 12 25 150 85 40
К 2 О (%) 0 0 0 8–10 0 0 0
ДТА Конец. 500–660° + Резкий* Экзо. Острый 900–975° То же, что и каолинит, но коэффициент наклона пика 600° > 2,5. То же, что и каолинит, но коэффициент наклона пика 600° > 2,5. Конец. 500–650° Ширина. Конец. 800–900° Широкий экзо. 950° 0 Конец. 600–750° Конец. 900°. Экзо. 950° Конец. 610 ± 10° или 720 ± 20°

Рентгеновский RF(001) представляет собой расстояние между слоями в нанометрах, определенное методом рентгеновской кристаллографии. Гликоль (мг/г) — это адсорбционная способность гликоля, который занимает межслоевые участки, когда глина подвергается воздействию паров этиленгликоля при температуре 60 ° C (140 ° F) в течение восьми часов. ЕКО катионообменная емкость глины. K 2 O (%) – процентное содержание оксида калия в глине. ДТА описывает кривую дифференциального термического анализа глины.

Глина и происхождение жизни

[ редактировать ]

Глиняную гипотезу происхождения жизни предложил Грэм Кэрнс-Смит в 1985 году. [27] [28] Он постулирует, что сложные органические молекулы возникли постепенно на ранее существовавших неорганических репликационных поверхностях кристаллов силиката при контакте с водным раствором. глинистый минерал монтмориллонит Показано, что катализирует полимеризацию РНК в водном растворе из нуклеотидных мономеров. [29] и образование мембран из липидов. [30] В 1998 году Хайман Хартман предположил, что «первыми организмами были самовоспроизводящиеся богатые железом глины, которые связывали углекислый газ в щавелевую кислоту и другие дикарбоновые кислоты . Эта система репликации глин и их метаболический фенотип затем развились в богатую сульфидами область горячих весной приобрела способность фиксировать азот . Наконец, фосфат был включен в развивающуюся систему, что позволило синтезировать нуклеотиды и фосфолипиды». [31]

Биомедицинское применение глин

[ редактировать ]

Разнообразие структуры и состава глинистых минералов придает им интересные биологические свойства. Благодаря дискообразной и заряженной поверхности глина взаимодействует с рядом лекарств, белками, полимерами, ДНК или другими макромолекулами. Некоторые из применений глины включают доставку лекарств, тканевую инженерию и биопечать. [32]

Применение растворов

[ редактировать ]

Глинистые минералы можно включать в известково-метакаолиновые растворы для улучшения механических свойств. [33] Электрохимическое разделение позволяет получать модифицированные сапонитсодержащие продукты с высоким содержанием минералов смектитовой группы, меньшим размером минеральных частиц, более компактной структурой и большей площадью поверхности. Эти характеристики открывают возможности для производства высококачественной керамики и сорбентов тяжелых металлов из сапонитсодержащих продуктов. [34] Кроме того, хвостовое измельчение происходит при подготовке сырья для керамики; такая переработка отходов имеет большое значение для использования глинистой пульпы в качестве нейтрализующего агента, поскольку для реакции необходимы мелкие частицы. Эксперименты по раскислению гистозоля щелочно-глинистой суспензией показали, что нейтрализация при среднем уровне рН 7,1 достигается при 30% внесенной пульпы, а экспериментальный участок с многолетними травами доказал эффективность метода. Более того, рекультивация нарушенных земель является неотъемлемой частью социальной и экологической ответственности горнодобывающей компании, и этот сценарий учитывает потребности общества как на местном, так и на региональном уровне. [35]

Тесты, подтверждающие наличие глинистых минералов.

[ редактировать ]

Результаты адсорбции гликоля, катионообменной способности, рентгеновской дифракции, дифференциального термического анализа и химических тестов дают данные, которые можно использовать для количественных оценок. После определения количества органических веществ, карбонатов, свободных оксидов и неглинистых минералов процентное содержание глинистых минералов оценивают с использованием соответствующих данных по адсорбции гликоля, катионообменной емкости, K20 и ДТА. О количестве иллита судят по содержанию К20, поскольку это единственный глинистый минерал, содержащий калий. [36]

Глинистые породы

[ редактировать ]

Глинистые породы – это породы, в которых глинистые минералы являются существенным компонентом. [37] Например, глинистые известняки – это известняки. [38] состоящие преимущественно из карбоната кальция , но включающие 10-40% глинистых минералов: такие известняки в мягком состоянии часто называют мергелями . Точно так же глинистые песчаники, такие как граувакк , представляют собой песчаники, состоящие в основном из кварца зерен , с промежуточными пространствами, заполненными глинистыми минералами.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Керр П.Ф. (1952). «Образование и распространение глинистых минералов» . Глины и глинистые минералы . 1 (1): 19–32. Бибкод : 1952CCM.....1...19K . дои : 10.1346/CCMN.1952.0010104 .
  2. ^ Гуггенхайм и Мартин 1995 , стр. 255–256.
  3. ^ Центр научного обучения, 2010 .
  4. ^ Брейер 2012 .
  5. ^ Боггс 2006 , с. 140.
  6. ^ Скарр 2005 , с. 238.
  7. ^ Ходжес, Южная Каролина (2010). «Основы плодородия почвы» (PDF) . Отделение почвоведения, Университет штата Северная Каролина . Проверено 8 декабря 2020 г.
  8. ^ Jump up to: а б с д Бейли С.В. (1980). «Сводка рекомендаций номенклатурного комитета AIPEA по глинистым минералам» . Являюсь. Минерал. 65 : 1–7.
  9. ^ Jump up to: а б с д Нессе, Уильям Д. (2000). Введение в минералогию . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. стр. 252–257. ISBN  9780195106916 .
  10. ^ Jump up to: а б с Сродонь, Ю. (2006). «Глава 12.2 Идентификация и количественный анализ глинистых минералов». Развитие глиноведения . 1 : 765–787. дои : 10.1016/S1572-4352(05)01028-7 . ISBN  9780080441832 .
  11. ^ Мурад, Энвер (1998). «Глины и глинистые минералы: что может сделать мессбауэровская спектроскопия, чтобы помочь понять их?». Сверхтонкие взаимодействия . 117 (1/4): 39–70. Бибкод : 1998HyInt.117...39M . дои : 10.1023/А:1012635124874 . S2CID   93607974 .
  12. ^ Клопрогге, Дж. Т. (2017). «Раман-спектроскопия глинистых минералов». Развитие глиноведения . 8 : 150–199. дои : 10.1016/B978-0-08-100355-8.00006-0 . ISBN  9780081003558 .
  13. ^ Раджкумар, К.; Раманатан, Алабама; Бехера, ПН (сентябрь 2012 г.). «Характеристика глинистых минералов в отложениях реки мангровых зарослей Сундарбан с помощью SEM/EDS». Журнал Геологического общества Индии . 80 (3): 429–434. Бибкод : 2012JGSI...80..429R . дои : 10.1007/s12594-012-0161-5 . S2CID   128633253 .
  14. ^ Уивер, Р. (2003). «Вновь открывая микроскопию поляризованного света» (PDF) . Американская лаборатория . 35 (20): 55–61 . Проверено 20 сентября 2021 г.
  15. ^ Технологический институт Джорджии (20 декабря 2012 г.). «Глины на Марсе: больше, чем ожидалось» . Наука Дейли . Проверено 22 марта 2019 г.
  16. ^ Ривкин А.С., Волкардсен Э.Л., Кларк Б.Е. (2006). «Состав поверхности Цереры: открытие карбонатов и богатых железом глин» (PDF) . Икар . 185 (2): 563–567. Бибкод : 2006Icar..185..563R . дои : 10.1016/j.icarus.2006.08.022 .
  17. ^ Харвуд, Уильям (11 октября 2023 г.). «Найденные НАСА образцы астероида Бенну демонстрируют наличие углерода и воды, говорят ученые» . Новости CBS . Проверено 16 октября 2023 г.
  18. ^ Нэпьер В.М., Викрамасингхе Дж.Т., Викрамасингхе, Северная Каролина (2007). «Происхождение жизни в кометах». Межд. Дж. Астробиол. 6 (4): 321–323. Бибкод : 2007IJAsB...6..321N . дои : 10.1017/S1473550407003941 . S2CID   121008660 .
  19. ^ Грейциус Т. (26 мая 2015 г.). «Глинеподобные минералы, обнаруженные на ледяной коре Европы» . НАСА . Архивировано из оригинала 24 сентября 2016 года . Проверено 21 декабря 2013 г.
  20. ^ Jump up to: а б с д В этом 2000 году , стр. 235–237.
  21. ^ Jump up to: а б с д «Группа Клей Минерал» . Аметистовые галереи . 1996. Архивировано из оригинала 27 декабря 2005 года . Проверено 22 февраля 2007 г.
  22. ^ Эгл, округ Колумбия, Браун Д. (12 марта 2013 г.). «Ровер НАСА обнаружил на Марсе условия, когда-то подходящие для древней жизни » НАСА . Проверено 12 марта 2013 г.
  23. ^ Стена М (12 марта 2013 г.). «На Марсе когда-то могла быть жизнь: что вам нужно знать» . Space.com . Проверено 12 марта 2013 г.
  24. ^ Чанг К. (12 марта 2013 г.). «На Марсе когда-то могла быть жизнь, утверждает НАСА» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 12 марта 2013 г.
  25. ^ Мур Д.М., Рейнольдс-младший RC (1997). Рентгеновская дифракция, идентификация и анализ глинистых минералов (2-е изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN  9780195087130 . ОСЛК   34731820 .
  26. ^ Основы поведения почвы, 3-е издание Джеймс К. Митчелл, Кеничи Сога. ISBN   978-0-471-46302-3 , Таблица 3.9 .
  27. ^ Кэрнс-Смит, Грэм (2 сентября 1982 г.). Генетический захват и минеральное происхождение жизни . Кембридж: Издательство Кембриджского университета . ISBN  0-521-23312-7 . OCLC   7875600 .
  28. ^ Докинз, Ричард (1996). Слепой часовщик (переиздание с новым введением). Нью-Йорк: WW Norton & Company. стр. 148–161. ISBN  978-0-393-31570-7 . OCLC   35648431 .
  29. ^ Хуан, Вэньхуа; Феррис, Джеймс П. (12 июля 2006 г.). «Одноэтапный региоселективный синтез олигомеров РНК длиной до 50 мер с помощью монтмориллонитового катализа». Журнал Американского химического общества . 128 (27): 8914–8919. дои : 10.1021/ja061782k . ПМИД   16819887 .
  30. ^ Субраманиам, Ананд Бала; Ван, Цзянди; Гопинатх, Арвинд; Стоун, Ховард А. (2011). «Полупроницаемые везикулы из натуральной глины». Мягкая материя . 7 (6): 2600–2612. arXiv : 1011.4711 . Бибкод : 2011SMat....7.2600S . дои : 10.1039/c0sm01354d . S2CID   52253528 .
  31. ^ Хартман, Хайман (1998). «Фотосинтез и происхождение жизни». Происхождение жизни и эволюция биосфер . 28 (4–6): 515–521. Бибкод : 1998OLEB...28..515H . дои : 10.1023/А:1006548904157 . ПМИД   11536891 . S2CID   2464 .
  32. ^ Хшановский, Войцех; Ким, Салли Юнсун; Абу Нил, Энсанья Али (2013). «Биомедицинское применение глины». Австралийский химический журнал . 66 (11): 1315. дои : 10.1071/CH13361 .
  33. ^ Андрейковичова, С.; Велоса, Алабама; Ферраз, Э.; Роча, Ф. (2014). «Влияние добавки глинистых минералов на механические свойства воздушных известково-метакаолиновых растворов». Строительство и строительные материалы . 65 : 132–139. дои : 10.1016/j.conbuildmat.2014.04.118 .
  34. ^ Чантурия, Вирджиния; Миненко В.Г.; Макаров, Д.В. (2018). «Передовые методы извлечения сапонита из воды предприятий по переработке алмазов и области применения сапонита» . Минералы . 8 (12): 549. Бибкод : 2018Мой....8..549С . дои : 10.3390/мин8120549 . В эту статью включен текст, доступный по лицензии CC BY 4.0 .
  35. ^ Пашкевич, М.А.; Алексеенко, А.В. (2020). «Перспективы повторного использования хвостов алмазной глины рудника имени Ломоносова, Северо-Запад России» . Минералы . 10 (6): 517. Бибкод : 2020Мин...10..517П . дои : 10.3390/мин10060517 . В эту статью включен текст, доступный по лицензии CC BY 4.0 .
  36. ^ Митчелл, Джеймс Кеннет, 1930 – Основы поведения почвы / Джеймс К. Митчелл, Кеничи Сога.—3-е изд. р/85-100
  37. ^ Зивер, Раймонд (2019). «Глинистые породы» . Доступ к науке . дои : 10.1036/1097-8542.049900 .
  38. ^ «Глинистый известняк: информация о минералах, данные и местонахождение» . www.mindat.org . Проверено 27 декабря 2019 г.

Цитируемые работы

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 793b37f6bf90a1d59a08954a0f9f7e8f__1722424560
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/79/8f/793b37f6bf90a1d59a08954a0f9f7e8f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Clay mineral - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)