مواد معدنی رسی: طبقه بندی، ترکیب، خواص و کاربردها

2024 نویسنده: Henry Conors | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-02-12 06:31

کانی‌های رسی فیلوسیلیکات‌های آلومینیومی آبی هستند که گاهی اوقات با ناخالصی‌های مختلف آهن، منیزیم، فلزات قلیایی و قلیایی خاکی و سایر کاتیون‌های موجود در سطوح یا نزدیک برخی از سطوح سیاره‌ای وجود دارند.

آنها در حضور آب تشکیل می شوند و زمانی برای پیدایش حیات مهم بودند، به همین دلیل است که بسیاری از نظریه های زیست زایی آنها را در این فرآیند گنجانده اند. آنها اجزای مهم خاک هستند و از زمان های قدیم در کشاورزی و تولید برای انسان مفید بوده اند.

آموزش

خاک رس ورقه های شش ضلعی مسطح شبیه میکا را تشکیل می دهد. کانی‌های رسی، محصولات معمول هوازدگی (از جمله هوازدگی فلدسپات) و فرآورده‌های دمای پایین دگرسانی گرمابی هستند. آنها در خاک‌ها، در سنگ‌های رسوبی ریزدانه مانند شیل‌ها، گل‌سنگ‌ها و سیلت‌سنگ‌ها، و همچنین در شیل‌ها و فیلیت‌های دگرگونی دانه‌ریز بسیار رایج هستند.

ویژگی ها

کانی‌های رسی معمولاً (اما نه لزوما) از نظر اندازه بسیار ریز هستند. معمولاً در طبقه بندی اندازه ذرات استاندارد کمتر از 2 میکرومتر در نظر گرفته می شوند، بنابراین ممکن است تکنیک های تحلیلی خاصی برای شناسایی و مطالعه آنها مورد نیاز باشد. اینها شامل پراش پرتو ایکس، تکنیک‌های پراش الکترون، روش‌های طیف‌سنجی مختلف مانند طیف‌سنجی Mössbauer، طیف‌سنجی فروسرخ، طیف‌سنجی رامان و SEM-EDS یا فرآیندهای کانی‌شناسی خودکار است. این روش‌ها را می‌توان با میکروسکوپ نوری پلاریزه، یک تکنیک سنتی که پدیده‌های اساسی یا روابط سنگ‌شناسی را ایجاد می‌کند، تکمیل کرد.

توزیع

با توجه به نیاز به آب، کانی‌های رسی در منظومه شمسی نسبتاً کمیاب هستند، اگرچه در زمین، جایی که آب با سایر مواد معدنی و مواد آلی برهم‌کنش می‌کند، گسترده هستند. آنها همچنین در چندین مکان در مریخ پیدا شده اند. طیف نگاری وجود آنها را بر روی سیارک ها و سیارات، از جمله سیاره کوتوله سرس و تمپل 1 و قمر مشتری اروپا تایید کرده است.

طبقه بندی

کانی‌های اصلی رسی در خوشه‌های زیر قرار دارند:

گروه

کائولین که شامل کانی های کائولینیت، دیکیت، هالویزیت و ناکریت (چند شکلی های Al2Si2O5 (OH) 4) می شود. برخی منابع به دلیل شباهت ساختاری شامل گروه کائولینیت-سرپانتین هستند (بیلی1980).

گروه اسمکتیت

که شامل اسمکتیت های دو وجهی مانند مونتموریلونیت، نونترونیت و بیدلیت و اسمکتیت های سه وجهی مانند ساپونیت می باشد. در سال 2013، آزمایش‌های تحلیلی مریخ‌نورد کنجکاوی نتایجی را با وجود کانی‌های رسی اسمکتیت در سیاره مریخ نشان داد.

گروه Illite که شامل میکاهای رسی است. ایلیت تنها ماده معدنی رایج در این گروه است.

گروه کلریت شامل طیف گسترده ای از کانی های مشابه با تنوع شیمیایی قابل توجه است.

گونه های دیگر

انواع دیگری از این کانی ها مانند سپیولیت یا آتاپولژیت، رس هایی با کانال های آب طولانی در ساختار داخلی وجود دارد. تغییرات لایه خاک رس مخلوط برای اکثر گروه های فوق الذکر مرتبط است. این سفارش به عنوان سفارش تصادفی یا منظم توصیف می شود و بیشتر با عبارت "Reichweit" توصیف می شود که در آلمانی به معنای "محدوده" یا "پوشش" است. مقالات ادبی، برای مثال، به ایلیت اسمکتیت R1 سفارشی اشاره می کنند. این نوع در دسته داعش قرار می گیرد. از سوی دیگر، R0 یک ترتیب تصادفی را توصیف می کند. علاوه بر اینها، می‌توانید انواع دیگر سفارش‌های گسترده (R3 و غیره) را نیز بیابید. کانی‌های خاک رس لایه‌ای مخلوط، که انواع کامل R1 هستند، اغلب نام‌های خاص خود را دارند. کلریت- اسمکتیت مرتبه R1 به عنوان کورنزیت، R1 - ایلیت- اسمکتیت - رکتوریت شناخته می شود.

سابقه مطالعه

شناخت ماهیت خاک رس قابل درک تر شددر دهه 1930 با توسعه فناوری های پراش اشعه ایکس که برای تجزیه و تحلیل ماهیت مولکولی ذرات رس مورد نیاز بود. استانداردسازی اصطلاحات نیز در این دوره ظاهر شد، با توجه خاص به کلمات مشابه که منجر به سردرگمی مانند برگ و هواپیما شد.

مانند همه فیلوسیلیکات ها، کانی های رسی با ورقه های دو بعدی از چهار وجهی گوشه SiO4 و/یا هشت وجهی AlO4 مشخص می شوند. بلوک های ورق دارای ترکیب شیمیایی (Al, Si) 3O4 هستند. هر چهار ضلعی سیلیکونی 3 اتم اکسیژن راس خود را با چهار ضلعی دیگر به اشتراک می گذارد و یک شبکه شش ضلعی در دو بعد تشکیل می دهد. راس چهارم با چهار وجهی دیگر مشترک نیست و تمام چهاروجهی ها در یک جهت "نقاط" دارند. همه رئوس تقسیم نشده در یک سمت صفحه هستند.

ساختار

در خاک رس، ورقه های چهار وجهی همیشه به ورقه های هشت وجهی متصل می شوند که از کاتیون های کوچکی مانند آلومینیوم یا منیزیم تشکیل می شوند و توسط شش اتم اکسیژن هماهنگ می شوند. راس تک ورق چهار وجهی نیز بخشی از یک سمت هشت وجهی را تشکیل می دهد، اما اتم اکسیژن اضافی بالای شکاف صفحه چهار وجهی در مرکز شش چهار وجهی قرار دارد. این اتم اکسیژن به اتم هیدروژن متصل است که گروه OH را در ساختار رس تشکیل می دهد.

رس ها را می توان بر اساس نحوه بسته بندی صفحات چهار وجهی و هشت وجهی در لایه ها طبقه بندی کرد. اگر هر لایه فقط یک گروه چهار وجهی و یک گروه هشت وجهی داشته باشد، آنگاه به دسته 1:1 تعلق دارد. یک جایگزین که به عنوان رس 2:1 شناخته می شود دارای دو ورقه چهار وجهی استراس تقسیم نشده هر یک از آنها، به سمت یکدیگر هدایت می شوند و هر ضلع صفحه هشت ضلعی را تشکیل می دهند.

ارتباط بین صفحات چهار وجهی و هشت وجهی مستلزم این است که ورق چهار وجهی موجدار یا پیچ خورده شود که باعث اعوجاج دو ضلعی ماتریس شش ضلعی و صاف شدن ورق هشت وجهی می شود. این اعوجاج ظرفیت کلی کریستالیت را به حداقل می رساند.

بسته به ترکیب ورق های چهار وجهی و هشت وجهی، لایه بدون بار یا منفی خواهد بود. اگر لایه ها باردار باشند، این بار توسط کاتیون های بین لایه ای مانند Na+ یا K+ متعادل می شود. در هر مورد، لایه میانی ممکن است حاوی آب نیز باشد. ساختار کریستالی از پشته‌ای از لایه‌ها که بین لایه‌های دیگر قرار گرفته است، تشکیل شده است.

شیمی خاک رس

از آنجایی که بیشتر خاک رس ها از مواد معدنی ساخته شده اند، زیست سازگاری بالایی دارند و خواص بیولوژیکی جالبی دارند. به دلیل شکل دیسک و سطوح باردار، خاک رس با طیف وسیعی از ماکرومولکول‌ها مانند پروتئین‌ها، پلیمرها، DNA و غیره تعامل دارد.

شیمی خاک رس یک رشته کاربردی از شیمی است که ساختارهای شیمیایی، خواص و واکنش های خاک رس و همچنین ساختار و خواص کانی های رسی را مطالعه می کند. این یک زمینه بین رشته ای است که مفاهیم و دانش را از غیر آلی و ساختاری ترکیب می کند.شیمی، شیمی فیزیک، شیمی مواد، شیمی تجزیه، شیمی آلی، کانی شناسی، زمین شناسی و غیره.

مطالعه شیمی (و فیزیک) خاک رس ها و ساختار کانی های رسی از اهمیت علمی و صنعتی بالایی برخوردار است، زیرا از پرمصرف ترین کانی های صنعتی مورد استفاده به عنوان مواد اولیه (سرامیک و غیره) هستند. ، جاذب ها، کاتالیزورها و غیره.

اهمیت علم

خواص منحصر به فرد کانی های رسی خاک، مانند ساختار لایه ای مقیاس نانومتری، وجود بارهای ثابت و قابل تعویض، توانایی جذب و حفظ (بیناسازی) مولکول ها، توانایی تشکیل پراکندگی های کلوئیدی پایدار، امکان اصلاح سطح انفرادی و اصلاح شیمیایی بین لایه ای و دیگران باعث می شود مطالعه شیمی خاک رس یک زمینه مطالعاتی بسیار مهم و بسیار متنوع باشد.

بسیاری از زمینه های دانش تحت تأثیر رفتار فیزیکوشیمیایی کانی های رسی، از علوم محیطی تا مهندسی شیمی، از سرامیک تا مدیریت زباله های هسته ای هستند.

ظرفیت تبادل کاتیونی آنها (CEC) در متعادل کردن فراوان ترین کاتیون های خاک (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) و کنترل pH اهمیت زیادی دارد که مستقیماً بر حاصلخیزی خاک تأثیر می گذارد. مطالعه رس ها (و مواد معدنی) نیز نقش مهمی در برخورد با Ca2+ دارد که معمولاً از خشکی (آب رودخانه) به دریاها می آید. توانایی اصلاح و کنترل ترکیب و محتوای مواد معدنی ابزار ارزشمندی در توسعه استجاذب های انتخابی با کاربردهای مختلف، مانند ایجاد حسگرهای شیمیایی یا مواد پاک کننده برای آب آلوده. این علم همچنین نقش زیادی در طبقه بندی گروه های معدنی رسی ایفا می کند.