Kil mineralleri: sınıflandırma, bileşim, özellikler ve uygulamalar

2024 Yazar: Henry Conors | [email protected]. Son düzenleme: 2024-02-12 14:06

Kil mineralleri, bazen çeşitli demir, magnezyum, alkali ve toprak alkali metaller ve bazı gezegen yüzeylerinde veya yakınında bulunan diğer katyonlarla birlikte sulu alüminyum fillosilikatlardır.

Suyun varlığında oluşurlar ve bir zamanlar yaşamın ortaya çıkması için önemliydiler, bu yüzden birçok abiyogenez teorisi onları bu sürece dahil eder. Toprağın önemli bileşenleridir ve antik çağlardan beri tarım ve imalatta insanlar için faydalıdırlar.

Eğitim

Killer, mikalara benzer düz altıgen tabakalar oluşturur. Kil mineralleri, yaygın bozunma ürünleri (feldispat bozunması dahil) ve hidrotermal alterasyonun düşük sıcaklık ürünleridir. Toprakta, şeyl, çamurtaşı ve silttaşı gibi ince taneli tortul kayaçlarda ve ayrıca ince taneli metamorfik şeyl ve fillitlerde çok yaygındırlar.

Özellikler

Kil mineralleri tipik olarak (ancak zorunlu olarak değil) ultra ince boyuttadır. Standart parçacık boyutu sınıflandırmasında genellikle 2 mikrometreden daha az oldukları kabul edilir, bu nedenle bunları belirlemek ve incelemek için özel analitik teknikler gerekebilir. Bunlara X-ışını kırınımı, elektron kırınımı teknikleri, Mössbauer spektroskopisi, kızılötesi spektroskopisi, Raman spektroskopisi ve SEM-EDS gibi çeşitli spektroskopik yöntemler veya otomatik mineraloji süreçleri dahildir. Bu yöntemler, temel fenomenleri veya petrolojik ilişkileri kuran geleneksel bir teknik olan polarize ışık mikroskobu ile desteklenebilir.

Dağıtım

Su ihtiyacı göz önüne alındığında, kil mineralleri güneş sisteminde nispeten nadirdir, ancak suyun diğer mineraller ve organik maddelerle etkileşime girdiği Dünya'da yaygın olarak bulunurlar. Ayrıca Mars'ta çeşitli yerlerde bulundular. Spektrografi, cüce gezegen Ceres ve Tempel 1 ve Jüpiter'in uydusu Europa dahil olmak üzere asteroitler ve gezegenler üzerindeki varlıklarını doğruladı.

Sınıflandırma

Ana kil mineralleri aşağıdaki kümelere dahildir:

Kaolinit, dikit, halloysit ve nakrit minerallerini içeren kaolin grubu (Al2Si2O5 (OH) 4'ün polimorfları). Bazı kaynaklar, yapısal benzerlik nedeniyle kaolinit-serpantin grubunu içerir (Bailey1980).
Montmorillonit, nontronit ve beidellit gibi dioktahedral simek titleri ve saponit gibi trioktahedral simek titleri içeren simektit grubu. 2013 yılında, Curiosity gezgini tarafından yapılan analitik testler, Mars gezegeninde smektit kil minerallerinin varlığıyla tutarlı sonuçlar buldu.
Kil mikaları içeren Illite grubu. İllit bu gruptaki tek yaygın mineraldir.
Klorit grubu, önemli kimyasal varyasyona sahip çok çeşitli benzer mineraller içerir.

Diğer türler

Bu minerallerin sepiolit veya atapulgit gibi başka türleri de vardır, yapısında uzun su kanalları olan killer vardır. Karışık tabakalı kil varyasyonları, yukarıda bahsedilen grupların çoğu için geçerlidir. Sıralama, rastgele veya düzenli sıralama olarak tanımlanır ve ayrıca Almanca'da "menzil" veya "kapsam" anlamına gelen "Reichweit" terimi ile tanımlanır. Literatür makaleleri, örneğin, sıralı illit-smektit R1'e atıfta bulunur. Bu tip IŞİD kategorisine dahildir. R0, ise rastgele bir sıralamayı tanımlar. Bunlara ek olarak diğer genişletilmiş sipariş türlerini de (R3 vb.) bulabilirsiniz. Mükemmel R1 türleri olan karışık katmanlı kil mineralleri genellikle kendi adlarını alır. R1 sıralı klorit-simektit, korrensit, R1 - illit-simektit - rektörit olarak bilinir.

Çalışma geçmişi

Kilin doğası bilgisi, daha anlaşılır hale geldi1930'larda, kil parçacıklarının moleküler yapısını analiz etmek için gerekli olan X-ışını kırınım teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte. Yaprak ve uçak gibi karışıklığa neden olan benzer kelimelere özellikle dikkat edilerek terminolojinin standardizasyonu bu dönemde ortaya çıktı.

Tüm fillosilikatlar gibi, kil mineralleri de iki boyutlu SiO4 köşeli dörtyüzlü ve/veya AlO4 oktahedra tabakalarıyla karakterize edilir. Levha blokların kimyasal bileşimi (Al, Si) 3O4'tür. Her silikon tetrahedron, diğer tetrahedronlarla 3 tepe noktası oksijen atomunu paylaşır ve iki boyutlu altıgen bir kafes oluşturur. Dördüncü köşe başka bir dörtyüzlü ile paylaşılmaz ve tüm dörtyüzlüler aynı yönde "nokta". Tüm bölünmemiş köşeler sayfanın aynı tarafındadır.

Yapı

Killerde, tetrahedral tabakalar her zaman alüminyum veya magnezyum gibi küçük katyonlardan oluşan ve altı oksijen atomu tarafından koordine edilen oktahedral tabakalara bağlanır. Dörtyüzlü tabakanın yalnız tepe noktası da oktahedralin bir tarafının bir parçasını oluşturur, fakat ekstra oksijen atomu altı dörtyüzlü tabakanın merkezindeki dörtyüzlü tabakadaki boşluğun üzerinde bulunur. Bu oksijen atomu, kil yapısında OH grubunu oluşturan hidrojen atomuna bağlıdır.

Killer, tetrahedral ve oktahedral tabakaların katmanlar halinde nasıl paketlendiğine göre kategorize edilebilir. Her katman yalnızca bir tetrahedral ve bir oktahedral gruba sahipse, 1:1 kategorisine aittir. 2:1 kil olarak bilinen bir alternatif, iki tetrahedral tabakaya sahiptir.birbirlerine doğru yönlendirilmiş ve sekizgen levhanın her iki tarafını oluşturan bölünmemiş tepe noktası.

Dört yüzlü ve oktahedral tabakalar arasındaki bağlantı, dört yüzlü tabakanın oluklu veya bükülmesini gerektirir, bu da altıgen matrisin ditrigonal distorsiyonuna ve oktahedral tabakanın düzleşmesine neden olur. Bu, kristalitin genel değerlik bozulmasını en aza indirir.

Tetrahedral ve oktahedral tabakaların bileşimine bağlı olarak, katmanın yükü olmayacak veya negatif olacaktır. Katmanlar yüklüyse, bu yük Na+ veya K+ gibi katmanlar arası katyonlarla dengelenir. Her durumda, ara katman su da içerebilir. Kristal yapı, diğer katmanlar arasında yer alan bir dizi katmandan oluşur.

Kil kimyası

Çoğu killer minerallerden yapıldığından, yüksek biyouyumluluk ve ilginç biyolojik özelliklere sahiptirler. Disk şekli ve yüklü yüzeyleri nedeniyle kil, proteinler, polimerler, DNA, vb. gibi çok çeşitli makromoleküllerle etkileşime girer. Kil uygulamaları arasında ilaç dağıtımı, doku mühendisliği ve biyo-baskı sayılabilir.

Kil kimyası, kilin kimyasal yapılarını, özelliklerini ve reaksiyonlarını ve ayrıca kil minerallerinin yapısını ve özelliklerini inceleyen uygulamalı bir kimya disiplinidir. İnorganik ve yapısal kavramlardan ve bilgi birikiminden oluşan disiplinler arası bir alandır.kimya, fiziksel kimya, malzeme kimyası, analitik kimya, organik kimya, mineraloji, jeoloji ve diğerleri.

Killerin kimyasının (ve fiziğinin) ve kil minerallerinin yapısının incelenmesi, hammadde (seramik vb.), adsorbanlar, katalizörler vb.

Bilimin Önemi

Nanometre ölçeğinin katmanlı yapısı, sabit ve değiştirilebilir yüklerin varlığı, molekülleri adsorbe etme ve tutma (araya girme) yeteneği, kararlı kolloidal dağılımlar oluşturma yeteneği gibi toprak kil minerallerinin benzersiz özellikleri, Bireysel yüzey modifikasyonu ve katmanlar arası kimyasal modifikasyon olasılığı ve diğerleri, kil kimyası çalışmasını çok önemli ve son derece çeşitli bir çalışma alanı haline getirir.

Çevre bilimlerinden kimya mühendisliğine, seramikten nükleer atık yönetimine kadar birçok farklı bilgi alanı kil minerallerinin fizikokimyasal davranışından etkilenir.

Kayon değişim kapasiteleri (CEC), toprakta en bol bulunan katyonların (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) dengelenmesinde ve toprak verimliliğini doğrudan etkileyen pH kontrolünde büyük önem taşır. Killerin (ve minerallerin) incelenmesi, genellikle karadan (nehir suyu) denizlere gelen Ca2+ ile mücadelede de önemli bir rol oynar. Minerallerin bileşimini ve içeriğini değiştirme ve kontrol etme yeteneği, geliştirmede değerli bir araç sunar.örneğin, kirlenmiş su için kimyasal sensörlerin veya temizlik maddelerinin oluşturulması gibi çeşitli uygulamalara sahip seçici adsorbanlar. Bu bilim aynı zamanda kil mineral gruplarının sınıflandırılmasında da büyük rol oynamaktadır.