В полевых шпатах, как и в других каркасных алюмосилика тах, основной структурный мотив — четырехчленное кольцо (рис. 7.30). Слои этих колец, накладываются друг на друга в на правлении оси X и делают ее псевдотетрагональной, в результате
Рис. 7.32. Способы сочленения четырехчленных колец в плоскостях, перпендикулярных удлинений цепи.
чего образуется цепь, представленная на рис. 7.31. Цепи, соеди няясь между собой общими кислородами боковых ответвлений,
|
образуют ажурные |
постройки |
|
из |
кремнеалюмокислородных |
|
тетраэдров, присущие каркас |
|
ным алюмосиликатам (рис. 7.32 |
|
и 7.33). |
|
пустотах |
|
В |
структурных |
|
между тетраэдрами |
располо |
|
жены К+ (к. ч. = 10 в саниди |
|
не), |
Na+ (к. ч. = 6 в альбите) |
|
или |
Са2+ |
(к. ч. — 7 |
или |
|
к. ч. = 8 в анортите). Эти |
ка |
|
тионы в незначительных коли |
|
чествах замещаются |
Rb+, |
Cs+, |
|
Sr2+ и Т1+ |
|
|
|
|
ГЛИНИСТЫЕ МИНЕРАЛЫ |
Рис. 7.33. Сочленение двух слоев, обра- |
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ |
|
|
зованных кольцами (см. рис. 7.32). |
В |
состав |
глин> |
и л а _ П0ЧВ) |
а также продуктов выветрива ния входят обычно мелкозернистые, гидратированные слоистые си ликаты и алюмосиликаты с относительно небольшим содержанием кальция и щелочных металлов, называемые глинистыми минера лами. Наиболее распространенными среди них являются: каоли нит АЦ[(ОН)8Si4Oio], галлуазит AUKOH^SiAoMH^O, иллиты
(К, Н20)А12(Н20, OH)2[AlSi3Oio], по химическому составу и струк туре родственные мусковиту, монтмориллониты Al2[(OH)2Si4Oio]-
• пНгО.
Кроме собственно глинистых минералов, в состав глин входят такие устойчивые минералы, как кварц, слюды, пирит, доломит, а также некоторые минералы биохимического происхождения.
Применение электронной микроскопии позволило определить форму и размеры частиц глинистых минералов. Чаще всего они
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
присутствуют в |
виде |
мелких |
|
|
|
чешуек размером до несколь |
|
|
|
ких |
десятков |
миллимикрон |
|
|
|
(размер, близкий к коллоид |
|
|
|
ным частицам). Реже встре |
|
|
|
чаются минералы в форме иго |
|
|
|
лок, трубок или волокон. |
|
|
|
Большинство глинистых ми |
|
|
|
нералов имеет слоистую струк |
|
|
|
туру. Сравнительно небольшую |
|
|
|
группу составляют |
ленточные |
|
|
|
глинистые минералы (напри |
Гцдратированные обменные катионы |
|
мер, палыгорскит). Имеются |
|
аморфные |
минералы |
(алло |
|
|
|
фаны) . |
структурный мо |
|
|
|
Основной |
|
|
|
тив слоистых глинистых мине |
|
|
|
ралов — двухслойные |
(см. |
|
|
|
рис. |
7.23), либо |
трехслойные |
|
|
|
(см. рис. 7.24, 7.27, |
7.34) па |
|
|
|
кеты, |
построенные из тетраэд |
О О ©ОН »A1 илиЩ |
|
|
рических (см. рис. 7.25) и ок |
|
|
о • Si илиAl |
|
|
таэдрических |
(см. |
рис. |
7.26) |
Рис. 7.34. Трехслойный пакет |
в струк |
|
слоев. На рис. 7.35 приведены |
|
туре монтмориллонита |
|
|
мотивы основных типов слои |
A]2[(OH)2Si4OJ0] • пН20. |
|
|
стых структур. |
|
|
|
Октаэдрический слой находится между тетра |
|
Характерная |
особенность |
эдрическими (по Гофману, Энделу, |
Вильму, |
|
1933 г.). |
|
|
глинистых |
минералов — спо |
|
|
собность поглощать значительные количества воды. Она прояв ляется в разной степени для различных минералов. Каолинит, дик тат и накрит в этом отношении близки слюдам. Они не содержат межпакетных слоев из молекул воды, а поглощают воду по меха низму поверхностной адсорбции. Напротив, в монтмориллоните, вермикулите и других глинистых минералах, имеющих межпакет ные водные слои, происходит не только поверхностная адсорбция, но и структурное набухание. Молекулы воды в межпакетных про странствах сильно увеличивают структурные параметры в направле нии, перпендикулярном к поверхности, ограничивающей пакет.
При нагревании до 150°С структуру покидает поверхностно
адсорбированная вода, |
находящаяся в порах |
между зернами, |
а также молекулы |
Н20 из межпакетных |
полостей. Вода, |
г
структурно связанная в форме ОН- , удерживается до температуры выше 300 °С.
Как правило, поверхностно-адсорбированная вода образует пленку, соответствующую наложению 8— 10 мономолекулярных слоев. Согласно некоторым исследованиям, толщина такого слоя воды может доходить до 100Ä. Первый мономолекулярный слой образуется благодаря существованию дипольного момента в мо
лекулах |
воды. Диполи |
обращены |
положительными полюсами в |
а |
6 |
6 |
г |
д |
О О |
© О Н *S i о Si илиAl # А 1 3 А1 или М д |
Q k |
Рис. 7.35. Мотивы слоистых силикатных структур (проекции |
в направле |
|
нии, перпендикулярном слоям): |
|
а—каолинит; б —энделит; а —мусковит; г—монтмориллонит; д —хлорит.
сторону пакета, а отрицательными — наружу. На первый слой накладываются следующие, однако степень упорядочения в по ложении молекул воды уменьшается вместе с увеличением расстояния.
Согласно Джефферсону и Хендриксу (1938 г.), слои, образован ные поверхностно-адсорбированной водой, имеют гексагональную симметрию (рис. 7.36).
Катионы, адсорбированные на поверхности глинистых минера лов, влияют на способ упаковки молекул воды в слое. При гидра тации катионы координируют вокруг себя молекулы воды, поля-
ризуют их, изменяют конфигурацию ближней координационной сферы. Подобное закономерное расположение молекул воды об наружено в случае проникновения ее в межпакетное простран ство. И здесь толщина водного слоя при данной влажности зависит от вида катионов, расположенных между пакетами. В нат риевом монтмориллоните межпакетный водный слой мономолекулярен (расстояние между пакетами 12,4Â), а в кальциевом монтмориллоните имеются двойные межпакетные слои (межпа кетное расстояние 15,5 Â).
В некоторых |
глинистых |
минералах предполагается наличие |
в межпакетном |
пространстве |
иона гидроксония Н30 +. |
Рис. 7.36. Закономерное расположение адсорбиро ванной воды на поверхности глинистого 'минерала.
Набухание монтмориллонитов и вермикулитов — обратимый процесс. При полной дегидратации этих минералов восстановить их гидратацию трудно. Но если дегидратация проведена частич но, то последующая гидратация происходит легко. В галлуазите удаление межпакетной воды приводит к потере способности ее повторной адсорбции.
С поглощением воды глинистыми минералами связаны техно логически важные свойства глин — пластичность, прочность и плотность. Пластичность, прежде всего, обусловлена легким скольжением слоев в кристаллах. Связи в пределах двух- и трех слойных пакетов вследствие ионной поляризации весьма сильны и очень слабы между пакетами. Проникновение молекул воды в межпакетные пространства и адсорбция их силами Ван-дер- Ваальса облегчает скольжение и придает мокрой глине значи тельную пластичность, что, в свою очередь, приводит к улучше нию ее формовочных свойств. Пластичность зависит от толщины адсорбированного слоя воды, от размера, формы и поверхности глинистых минералов, а также от сорта адсорбированных катио нов. На пластичность монтмориллонитов значительное влияние оказывает сорт межпакетных катионов. Так, Са2+ сильнее связы вают пакеты, чем Na+ и затрудняют тем самым проникновение молекул воды в межпакетное пространство. Для увеличения пластичности монтмориллонитов (бентонитов) глины погружают в
