I minerali di argilla sono fillosilicati acquosi di alluminio, a volte con varie impurità di ferro, magnesio, alcali e metalli alcalini terrosi, nonché altri cationi trovati su o vicino ad alcune superfici planetarie.
Si formano in presenza di acqua e una volta erano importanti per l'emergere della vita, perché molte teorie sull'abiogenesi tengono conto del loro ruolo in questo processo. Sono componenti importanti dei suoli e sono stati utili all'uomo fin dai tempi antichi in agricoltura e produzione.
formazione
Le argille formano fogli piatti esagonali simili alla mica. I minerali di argilla sono comuni agenti atmosferici (inclusi gli agenti atmosferici del feldspato) e prodotti a bassa temperatura di cambiamento idrotermale. Sono molto comuni nei suoli, nelle rocce sedimentarie a grana fine come scisti, pietre di fango e siltton, nonché negli scisti metamorfici e nelle filiti a grana fine.
caratteristiche
I minerali di argilla, di regola (ma non necessariamente), sono a grana ultrafine. Si ritiene generalmente che abbiano una dimensione inferiore a 2 micrometri nella classificazione standard delle dimensioni delle particelle, quindi potrebbero essere necessari metodi analitici speciali per identificarli e studiarli. Questi includono diffrazione di raggi X, metodi di diffrazione di elettroni, vari metodi spettroscopici come la spettroscopia di Mössbauer, la spettroscopia infrarossa, la spettroscopia Raman e SEM-EDS o processi di mineralogia automatizzata. Questi metodi possono essere integrati dalla microscopia ottica polarizzata, una tecnica tradizionale che stabilisce fenomeni fondamentali o relazioni petrologiche.
diffusione
Data la necessità di acqua, i minerali di argilla sono relativamente rari nel sistema solare, sebbene siano molto diffusi sulla Terra, dove l'acqua interagisce con altri minerali e materia organica. Sono stati anche scoperti in diversi luoghi su Marte. La spettrografia ha confermato la loro presenza su asteroidi e planetoidi, tra cui il pianeta nano Cerere e Tempel 1, nonché la luna di Giove Europa.
classificazione
I principali minerali di argilla sono inclusi nei seguenti cluster:
- Il gruppo caolino, che comprende i minerali caolinite, dikkit, halloysite e nakrit (polimorfi Al2Si2O5 (OH) 4). Alcune fonti includono il gruppo caolinite-serpentino dovuto a somiglianze strutturali (Bailey 1980).
- Un gruppo di smectite che comprende smectiti dioctahedral, come montmorillonite, nontronite e beidellite, e smectites trioctahedral, ad esempio saponite. Nel 2013, i test analitici condotti dal rover Curiosity hanno riscontrato risultati coerenti con la presenza di minerali di argilla smectite sul pianeta Marte.
- Gruppo Illite, che include mica argillosa. Illit è l'unico minerale comune di questo gruppo.
- Il gruppo del clorito comprende una vasta gamma di minerali simili con significative variazioni chimiche.
Altre specie
Esistono altri tipi di questi minerali come sepiolite o attapulgite, argille con canali d'acqua lunghi, struttura interna. Le variazioni di argilla a strato misto sono rilevanti per la maggior parte dei gruppi di cui sopra. L'ordinamento è descritto come ordinamento casuale o regolare ed è ulteriormente descritto dal termine "Reichweit", che in tedesco significa "intervallo" o "copertura". Gli articoli letterari citano, ad esempio, l'illite-smectite ordinata R1. Questo tipo è incluso nella categoria ISISIS. R0, d'altra parte, descrive l'ordinamento casuale. Oltre a questi, si possono trovare anche altri tipi estesi di ordinazione (R3, ecc.). I minerali argillosi misti di argilla, che sono i tipi perfetti di R1, spesso prendono il loro nome. La clorite-smectite ordinata da R1 è nota come corrensite, R1-illite-smectite-rectorite.
Storia dello studio
La conoscenza della natura dell'argilla divenne più comprensibile negli anni '30 con lo sviluppo delle tecnologie di diffrazione dei raggi X necessarie per l'analisi della natura molecolare delle particelle di argilla. La standardizzazione della terminologia è emersa anche durante questo periodo con particolare attenzione a parole simili, che hanno portato alla confusione, come un foglio e un piano.
Come tutti i fillosilicati, i minerali di argilla sono caratterizzati da strati bidimensionali di tetraedri SiO4 angolati e / o ottaedri AlO4. I blocchi di fogli hanno la composizione chimica (Al, Si) 3O4. Ogni tetraedro di silicio condivide 3 dei suoi vertici atomi di ossigeno con altri tetraedri, formando un reticolo esagonale in due dimensioni. Il quarto vertice non è condiviso con un altro tetraedro e tutti i tetraedri "puntano" nella stessa direzione. Tutti i vertici non separati si trovano su un lato del foglio.
struttura
Nelle argille, i fogli tetraedrici sono sempre legati a fogli ottaedrici, formati da piccoli cationi, come alluminio o magnesio, e coordinati da sei atomi di ossigeno. Anche il vertice non sagomato del foglio tetraedrico fa parte di un lato dell'ottaedro, ma un ulteriore atomo di ossigeno si trova sopra la fessura nel foglio tetraedrico al centro di sei tetraedri. Questo atomo di ossigeno è legato ad un atomo di idrogeno formando un gruppo OH nella struttura di argilla.
Le argille possono essere divise in categorie a seconda del metodo di impaccamento in strati di fogli tetraedrici e ottaedrici. Se in ogni strato c'è solo un gruppo tetraedrico e un gruppo ottaedrico, appartiene alla categoria 1: 1. Un'alternativa, conosciuta come argilla 2: 1, ha due fogli tetraedrici con un vertice indiviso di ciascuno di essi, diretti l'uno verso l'altro e che formano ciascun lato del foglio ottagonale.
La connessione tra i fogli tetraedrici e ottaedrici richiede che il foglio tetraedrico venga ondulato o attorcigliato, causando una distorsione citronale della matrice esagonale e il foglio ottaedrico sia allineato. Ciò riduce al minimo la distorsione generale di valenza della cristallite.
A seconda della composizione dei fogli tetraedrici e ottaedrici, lo strato non avrà una carica o avrà un negativo. Se i livelli sono caricati, questa carica è bilanciata da cationi interstrato, come Na + o K +. In ogni caso, lo strato intermedio può contenere anche acqua. La struttura cristallina è formata da una pila di strati situati tra altri strati.
"Chimica dell'argilla"
Poiché la maggior parte delle argille sono fatte da minerali, hanno un'alta biocompatibilità e interessanti proprietà biologiche. A causa della forma del disco e delle superfici cariche, l'argilla interagisce con un numero di macromolecole di sostanze come proteine, polimeri, DNA, ecc. Alcuni degli usi dell'argilla includono la consegna di farmaci, l'ingegneria dei tessuti e la bioprinting.
La chimica dell'argilla è una disciplina applicata della chimica che studia le strutture chimiche, le proprietà e le reazioni dell'argilla, nonché la struttura e le proprietà dei minerali argillosi. Questo è un campo interdisciplinare, che comprende concetti e conoscenze di chimica inorganica e strutturale, chimica fisica, chimica dei materiali, chimica analitica, chimica organica, mineralogia, geologia e altri.
Lo studio della chimica (e della fisica) delle argille e della struttura dei minerali argillosi è di grande importanza accademica e industriale, poiché sono tra i minerali industriali più utilizzati usati come materie prime (ceramica, ecc.), Adsorbenti, catalizzatori, ecc.
