Mineral argilos

General
Mineral argilos Categoria IX : silicați
Exemple de kaolinit , unul dintre mineralele argiloase.
Clasa Strunz	9.E
Formula chimica	kaolinită sau aloyisită ( Al 2 O 3 2 Si O 2 ( O H ) 4 sau Al 2 (Si 2 O 5 ) (OH) 4, alți silicați și filosilicați, cum ar fi ilitul K 0,65 Al 2 [Al 0,65 Si 3,35 O 10 ] OH, montmorillonit (Na, Ca) 0,3 (Al, Mg) 2 Si 4 O 10 OH 22 . n H 2 O, sepiolit Mg 4 Si 6 O 15 (OH) 22 . 6 H 2 O...
Identificare
Culoare	alb, gri, gălbui, maroniu, verzui, roz, roșiatic, albicios. Foarte des variabilă în funcție de compoziția lor
Sistem de cristal	triclinic (kaolinit), monoclinic (montmorillonit) ...
Clivaj	urmărire perfectă (001) în planul frunzelor
Pauză	?
Habitus	material criptocristalin, pulverulent,
Scara Mohs	1 la 2
Scânteie	pământesc
Proprietati optice
Transparenţă	transparent la opac
Proprietăți chimice
Densitate	2,25 (saponit), 2,6 (kaolinit), 2 până la 2,7 (montmorillonit), 2,6 până la 2,9 (ilit)
Comportamentul chimic	proprietăți mecanice (lut de turnare, plasticitate etc.)

Unități de SI & STP, cu excepția cazului în care se prevede altfel.

Cele minerale argiloase , sau pur si simplu argile , sunt aluminosilicat hidratat familia de filosilicați . Aceste minerale sunt principalii constituenți ai rocilor argiloase și materialul obținut din aceste roci după o posibilă rafinare (aceste roci și acest material se mai numesc argile ).

Minerale argiloase

Acestea din urmă sunt clasificate în trei familii mari în funcție de grosimea straturilor (0,7; 1,0 sau 1,4 nm ), care corespund unui număr de straturi de tetraedru (Si) și octaedru (Al, Ni, Mg, Fe 2+ , Fe 3+ , Mn, Na, K etc. ). Interstițiul dintre foi poate conține apă, precum și ioni . Acest lucru are ca rezultat variații ale distanței dintre foi și, prin urmare, variații macroscopice dimensionale ale argilei atunci când se hidratează (dilată) sau se usucă (contracție), ceea ce poate provoca fisuri. Un material uscat care conține o mulțime de minerale argiloase „apucă limba” (absoarbe apa formând o pastă de plastic).

Cele phyllosilicați sunt sub formă de cristale mici micrometrice, în plăci hexagonale sau în (micro) fibre. Acestea sunt mineralele phyllitous hallosită , caolinit , montmorillonit , illit și bravaisite , glauconite , smectite , cele interdependente stratificat , cum ar fi vermiculit , minerale fibroase cum ar fi atapulgit sau sepiolites , în final cloritele și mice , acestea din urmă în bucăți foarte mici adesea modificate pentru a fi asimilat argilelor.

Originea este variată: alterarea rocilor sau a reziduurilor de rocă în funcție de condițiile locale în funcție de zonele de alterare a rocilor endogene, soluri cu aport de sedimente , diageneză , erupție vulcanică, meteoriți specifici. Creșterea studiilor cu raze X (radiocristalografie, difracție cu raze X etc.) a permis studierea și caracterizarea argilelor.

Structura mineralelor argiloase

Mineralele de argilă sunt alcătuite dintr-un teanc de foi tetraedrice și octaedrice intercalate de un spațiu numit spațiu interfoliar:

Foile tetraedrice sunt aranjate în ochiuri hexagonale și sunt alcătuite din tetraedre de oxigen care înconjoară un atom de siliciu sau aluminiu.
Foile octaedrice sunt compuse din octaedre formate din două planuri de oxigen- hidroxil care încadrează atomi mai mari, cum ar fi: Al, Fe, Mg, Li etc. Cationii constitutivi ai foii octaedrice induc, în funcție de valența lor, o modificare a ratei de umplere a stratului. Astfel, pentru un strat octaedric pur magnezian, de exemplu, format din atomi Mg 2+ , se formează o rată de umplere de 100%, toate octaedrele sunt ocupate, vorbim de argilă trioctaedrică. În schimb, pentru un strat octaedric pur aluminos, de exemplu, alcătuit din atomi de Al 3+ , rata de umplere va fi 2/3, două octaedre sunt umplute și una rămâne goală, vorbim despre un post vacant.
Substituțiile pot apărea între diferiții atomi constituenți ai stratului tetraedric sau octaedric. Aceste substituții induc un deficit de încărcare permanentă, făcând multe argile cu specii încărcate negativ stabil. Aceste sarcini sunt compensate prin încorporarea cationilor în interfoliarul lutului.
Grupurile OH - prezente la marginea argilelor induc, de asemenea, o capacitate de schimb și adsorbție a speciilor încărcate. Aceste grupări hidroxil sunt totuși dependente de pH după cum urmează: La pH scăzut, hidroxilii de suprafață sunt complet protonați (OH) argila prezintă o sarcină de margine pozitivă globală. La un pH ridicat, hidroxilii se deprotonează, suprafața este global negativă (O 2− ). Vorbim apoi despre sarcini variabile. Acestea din urmă sunt mult mai puțin importante decât încărcările permanente, dar joacă totuși un rol în capacitatea de schimb a argilei.
Exemplu de calcul al sarcinii permanente: Dacă avem în vedere o Kaolinită, cu formula Si 4 Al 4 O 10 (OH) 8 , soldul sarcinii este după cum urmează: 4 atomi Si 4+ + 4 atomi Al 3+ + 18 atomi O 2 - + 8 atomi H + = . Această argilă nu are încărcare permanentă și, prin urmare, nu are cation interfoliar pentru a neutraliza sarcina. Întreaga capacitate de schimb a acestei argile este legată de sarcinile sale variabile de margine. În schimb, un Montmorillonit cu formula (Na) 0,6 (Al 3,4 , Mg 0,6 ) Si 8 O 20 (OH) 4 nH 2 O arată următorul echilibru: 8 atomi Si 4+ + 3,4 atomi Al 3+ + 0,6 atomi Mg 2+ + 24 atomi O 2− + 4 atomi H + = acest deficit este umplut prin încorporarea a 0,6 cationi monovalenți sau 0,3 cationi divalenți (în exemplu considerăm Na 0,6 ). Întreaga capacitate de schimb a acestei argile este legată de sarcinile sale permanente, precum și de sarcinile sale de margine. $(4 * 4) + (4 * 3) + (18 * -2) + (8 * 1) = 0$ $(4 * 8) + (3,4 * 3) + (0,6 * 2) + (24 * -2) + (4 * 1) = - 0,6$

Proprietăți de umflare și schimb

Unele argile au capacitatea de a-și crește spațiile interfoliare. Această proprietate provine din încorporarea cationilor hidrați (Na, Ca etc. ), ceea ce face posibilă compensarea deficitelor permanente de încărcare. Acest fenomen nu mai există dacă sarcina de argilă este prea mare (de exemplu, micas: sarcina totală de argilă de -1 perfect contrabalansată de cationii deshidratați (K)) sau zero (de exemplu , pirofilit, talc: sarcina totală de argilă de 0, fără cation interfoliar) . Speciile expandabile sunt cele a căror încărcare variază de la 0,3 la 0,8, care include subclasa smectitelor, precum și a vermiculitelor. Este apa încorporată prin cationii hidratați care permite umflarea structurii cristaline. Umflarea este cu atât mai importantă cu cât umiditatea este ridicată. Într-o stare perfect uscată, un smectit nu va avea molecule de apă, foaia + distanța interfolară = 10 Å , ca un pirofilit. Foaia + distanța interfolară a unui smectit poate varia astfel de la 10 Å la 18 Å .

Cationii care compensează încărcările permanente și variabile ale argilei rămân, în cea mai mare parte, schimbabile în mediu. fiecare lut are astfel propriul CEC care mărturisește apartenența la una dintre marile familii de minerale argiloase. Ca indicație, smectitele au o capacitate de schimb mult mai mare decât caolinitele, deoarece, pentru acestea din urmă, capacitatea lor de schimb este dictată doar de sarcini variabile.

Diferența de structură între foaia octaedrică dioctaedrică și trioctaedrică.
Structura atomică a unei argile TOT trioctaedrice.
Structura straturilor unei argile TOT trioctaedrice.
Vedere a foii tetraedrice dispuse în ochiuri pseudo-hexagonale.
Vedere a unui teanc de 10 coli.

Clasificarea mineralelor argiloase

Argilele se disting prin tipul lor de combinație de stivuire tetraedrică și octaedrică, cationul stratului octaedric, sarcina argilei și tipul de material interfoliar.

Mineralele de argilă sunt împărțite în mai multe familii mari:

Așa-numitele minerale argiloase 1: 1 sau TO: Acestea constau dintr-o foaie tetraedrică deasupra unui strat octaedric. Au de obicei o dimensiune de 7 Å (TO + interfoliar). În funcție de natura foii octaedrice, se face distincția între argile TO cu foi dioctaedrice (foaie tip brucită , Mg (OH) 2 ) și argile TO cu foaie trioctaedrică (foaie tip gibbsite , Al (OH) 3 ).
Așa-numitele minerale argiloase 2: 1 sau TOT: Acestea sunt formate din două foi tetraedrice care încadrează un strat octaedric. Au, în funcție de specie, o dimensiune cuprinsă între 10 Å și 18 Å (TOT + interfoliar). În ceea ce privește argilele TO, se face distincția între argile TOT cu foaie dioctaedrică și argile TOT cu foaie trioctaedrică.
Așa-numitele minerale argiloase 2: 1: 1 sau TOT: O: Acestea constau din două foi tetraedrice care încadrează un strat octaedric, spațiul interfoliar este umplut de o foaie octaedrică. Această foaie interfoliară octaedrică are aceeași structură ca și brucita, în acest caz vorbim despre o foaie brucitică. Argilele 2: 1: 1 au de obicei o dimensiune de 14 Å (TOT + O). Acest grup este format din marele grup de cloriti. Ele sunt, de asemenea, clasificate în funcție de aspectul dioctaedric sau trioctaedric al stratului octaedric și al stratului brucitic.

Tabel rezumat al argilelor

Nomenclatura utilizată: Te = Număr de tetraedrice Si cationi pe celulă, Oc = taxa de octaedru per celulă, parantezele indică cationul octaedrică.

Explicația clasificării: exemplu de montmorillonit de sarcină 0,6 (cu sodiu interfoliar): (Na) 0,6 (Al 3,4 , Mg 0,6 ) Si 8 O 20 (OH) 4 nH 2 O: Stratul tetraedric este în întregime Si ; avem deci Te = 8Si, dimpotrivă octaedrul arată (prin definiție) o substituție Al↔Mg avem deci soldul sarcinilor pozitive (în acest exemplu) = 3,4 × 3 + 0,6 × 2 = 11,4; totuși sarcina perfectă a octaedrului unei argile TOT este 12. Ne găsim apoi în cazul Oc <12/12. Atenție, nu este rar să se găsească formulele prin jumătate de plasă de argile, montmorillonitul din exemplu devine apoi (Na) 0,3 (Al 1,7 , Mg 0,3 ) Si 4 O 10 (OH) 2 nH 2 O

Argile 1: 1 TB

dioctaedrică	dioctaedrică	trioctaedrică	trioctaedrică
Te / Si = 4 Oc = 12/12	Te / Si = 4 Oc = 12/12	Te / Si = 4 Oc = 12/12	Te / Si <4 Oc> 12/12
Distanța stabilă	Spațiere variabilă	Distanța stabilă	Distanța stabilă
Kaolinite (Al), Nacrite (Al), Dickite (Al)	Halloysite (Al)	Antigorit (Mg), Crizotil (Mg), Lizardit (Mg, Al)	Cronstedtite (Fe 2+ , Fe 3+ ), Berthiérine (Al, Fe 2+ ), Amesite (Al, Mg)

2: 1 TOT argile dioctaedrice

Te / Si = 8	Te / Si = 8	Te / Si <8	Te / Si <8	Te / Si <8
Oc = 12/12	Oc <12/12	Oc = 12/12	Oc> 12/12	Oc = 12/12
Distanța stabilă	Spațiere variabilă	Spațiere variabilă	Spațiere variabilă	Distanța stabilă
Pirofilit (Al)	Smectite: Montmorillonit * (Al)	Smectite: Beïdellite (Al, Fe), Nontronite (Fe 3+ )	Vermiculit *** (Al)	Moscovit (Al, K), Illite ** (Al, K), Sericite (Al, K), Damouzite (Al, K), Paragonit (Al, Na), Glauconit (Al, Fe), Celadonit (Al, Fe)

Termenul „smectit” folosit adesea într-o manieră abuzivă reprezintă toate speciile TOZ, umflate, având o sarcină cuprinsă între -0,2 și -0,6.
Când Te / Si <8 implică faptul că cationii Si 4+ ai stratului tetraedric sunt înlocuiți, de obicei cu cationi de valență mai mici (Al 3+ , Fe 3+ ...) și, prin urmare, implică existența unei sarcini negative pe suprafața foii (cu cationi compensatori care sunt adesea alcali ca Na + ).
La fel, când Oc <12/12, implică că cationii stratului octaedric (în general Al 3+ sau Fe 3+ ) sunt înlocuiți, în general, cu cationi cu valență mai mică (Mg 2+ ...) și, prin urmare, acest lucru este, de asemenea, implică existența unei sarcini negative pe suprafața foii.

* Montmorillonit , a cărui formă are formula Si 4 O 10 Al 5/3 Mg 1/3 Na 1/3 (OH) 2, este cunoscut sub denumirea de „Terre de Sommières ” utilizat ca agent de îndepărtare a petelor sau ca bentonită utilizată în ingineria civilă datorită proprietăților sale coloidale (plastifiant în mortare ). Spre deosebire de halloysite , mai multe straturi de apă pot avea loc între două foi de montmorillonit și, prin urmare, separarea dintre două foi poate varia de la 0,96 nm până la separarea completă.

** Illite (1 nm ), cu formula KAl 2 (AlSi 3 O 10 ) (OH) 2, are o taxă de -0,75 la -0,9. Poate fi folosit la fabricarea obiectelor din teracotă. Structura ilităților este apropiată de cea a micelor, dar diferă în ceea ce privește gradul de substituție a Si / Al (mai mic în ilite), prezența potasiului (mai mică în ilite) și pentru un anumit grad de tulburare în ilite.
*** Vermiculitul are o încărcare între -0,6 și -0,9.

2: 1 TOT Argile trioctaedrice

Te / Si = 8	Te / Si = 8	Te / Si <8	Te / Si <8	Te / Si <8
Oc = 12/12	Oc <12/12	Oc = 12/12	Oc <12/12	Oc = 12/12
Distanța stabilă	Spațiere variabilă	Spațiere variabilă	Spațiere variabilă	Distanța stabilă
Talc (Mg), Minnesotaïte (Mg, Fe 2+ )	Smectite: Stevensit (Mg), Hectorit (Mg, Li)	Smectite: Saponit (Mg), Bowlingit (Mg, Fe 2+ ), Sauconit (Mg, Zn)	Vermiculit (Ni 2+ ), Batavit (Mg)	Phlogopite (Mg), Illite (Mg, Fe, K), Biotite (Mg, Fe, K), Lepidolite (Mg, Fe, K), Ledikite (Mg, Fe, K)

Argile 2: 1: 1 TOTO

TOT alunecare	Dioctaedrică	Dioctaedrică	Trioctaedrică	Trioctaedrică
„Brucitic” O foaie interfoliară	Dioctaedrică	Trioctaedrică	Dioctaedrică	Trioctaedrică
	Donbasite	Cookeite , Sudoite	Franklinfurnaceite	Diabantite , Penninite , Chamosite , Brunsvigite , Clinochlore , Thuringite , Ripidolite , Sheridanite

Grupul Tri-Tri este cel mai comun pe pământ. Grupurile Di-Tri și Di-Di sunt mai rare. Grupul Tri-Di este încă necunoscut, nu a fost încă descoperit un astfel de mineral.

Caracterizarea argilelor

difracție cu raze X

Una dintre tehnicile folosite pentru a recunoaște argilelor este de difracție cu raze X de analiză . Această tehnică necesită pregătirea specifică a probei. Fiecare dintre metodele de preparare oferă informații diferite despre structura mineralului.

Preparatul dezorientat este realizat, după cum sugerează și numele său, dintr-o pulbere compactă ai cărei constituenți au fost dezorientați. Sunt utilizate mai multe metode: pulbere de nivel, „ încărcare laterală ”, „ încărcare înapoi ” sau chiar „ uscat prin pulverizare ”. Dezorientarea „perfectă” a unei pulberi rămâne o tehnică delicată, care poate fi puternic influențată de posibilele orientări preferențiale induse de anumite minerale. Pulberea dezorientată rămâne metoda de preparare utilizată în principal pentru identificarea fazelor dintr-o probă minerală. Acesta din urmă face posibilă obținerea tuturor planurilor de difracție ale fazelor constitutive. Argilele, la rândul lor, sunt mai dificil de diferențiat prin această tehnică, deoarece planurile lor cristalografice sunt în mare parte identice de la o familie la alta. Difractogramele arată apoi vârfuri suprapuse, ceea ce face citirea și identificarea fazelor mai complexe. Cu toate acestea, deși prezintă anumite dezavantaje (pentru filosilicați), viziunea globală a planurilor de difracție face posibilă realizarea unor parametri precum rata de umplere a stratului octaedric etc.

O variantă a preparatului dezorientat implică plasarea pulberii într-un capilar. Această tehnică oferă rezultate similare, dar vă permite să lucrați cu cantități mult mai mici de materiale.

Pregătirea lamelor orientate este o metodă utilizată pentru a distinge diferitele filosilicate dintr-o probă. Acesta constă în a permite unei eșantioane să se stabilească pentru o anumită perioadă de timp ( legea Stokes ) pentru a recupera doar fracția <2 μm , considerată a fi fracția care conține faza de argilă „pură”. Această fracție în soluție este apoi depusă pe o lamă de sticlă, apoi uscată. În timpul uscării, particulele de argilă lamelară se vor orienta în funcție de planul lor cristalografic (001) (ca un teanc de hârtie care cade pe pământ, toate paginile ajung cu fața în jos). Atunci când această placă este supusă difracției, obținem deci numai liniile 001 (adică 001, 002 etc. ). Aceste linii sunt caracteristice marilor familii de minerale argiloase.

În unele cazuri, vârfurile de difracție sunt suprapuse fatal. Pentru a diferenția argilele, se efectuează apoi diferite tratamente care vizează modificarea spațiului inter-foi: încălzire, acidificare, înlocuirea cationului interfoliar etc. Privind evoluția vârfurilor de difracție la unghiuri mici în funcție de tratament, putem recunoaște lutul.

În plus față de geochimie , această tehnică este utilizată și de către criminalistii pentru a încerca să determine originea urmelor de pământ care pot constitui un indiciu în timpul unei investigații.

Test albastru de metilen

Pentru a recunoaște diferitele tipuri de argilă puteți practica un test de albastru de metilen . Măsurând concentrația de albastru de metilen după contactul cu o argilă, se deduce indirect CEC- ul acestuia din urmă. Acest lucru face posibilă clasificarea mineralului la nivel global.

Culori

Particulele de argilă nu sunt responsabile pentru culoarea solului. Culoarea roșie, portocalie, galbenă, verde, albastră a unui sol (argilos sau nu) se datorează stării de fier din sol (Fe 3+ în primele trei cazuri și Fe 2+ în ultimele două). Când solul are o culoare care tinde spre alb, acest lucru se datorează faptului că acest element a fost dizolvat și evacuat din profil.

Pe de altă parte, argila (numele masculin) este numele unei culori de un gri neutru foarte pal, care tinde spre alb .

Chimie

În apă, particulele de argilă se comportă ca niște picături de ulei în vinaigretă: se grupează și formează „ micele ” în suspensie: se spune că argila se află în starea „dispersată”. Prezența sărurilor minerale dizolvate purtătoare de sarcini pozitive ( Ca , Mg , K , Na , NH 4, Fe , Mn, Cr, Ti, Al, Ba, Sr ...) determină legarea micelelor între ele: argila este floculată . Această proprietate a argilelor îi va permite să fie lichidă în stare dispersată, pastos în noroi și solid în sol uscat. Argila este un coloid care floculează cu cationi .

Note și referințe

Note

Zeoliții sunt excluși aici, deoarece structurile lor de asamblare rămân tridimensionale, indiferent de dimensiunile și proprietățile lor.
Illite se formează în zone temperate, caolinită în medii tropicale. Există argile meteorice și argile reziduale.

Referințe

Clasificarea mineralelor alese este aceea de Strunz , cu excepția polimorfi de siliciu, care sunt clasificate în rândul silicați.
„ Identificarea macroscopică a mineralelor și rocilor ” ( Arhivă • Wikiwix • Archive.is • Google • Ce să faci? )
(fr + en) Alain Meunier , Argiles , Springer,2005, 472 p. ( ISBN 3-540-21667-7 , citit online ).
(ro) Rossman F. Giese și Carel J. Van Oss , Argile cu proprietăți coloidale și de suprafață și minerale conexe , Dekker,2002, 312 p. ( ISBN 0-8247-9527-X ).