Главные глинистые минералы

Каолинит. Образует сплошные белые землистые массы — каолиновые глины. За счет механических примесей каолинитовые глины могут иметь самые разнообразные пестрые окраски. В сухом состоянии они скользкие, имеют сглаженную поверхность, растираются пальцами в пылеватые массы. При намокании превращаются в липкие вязкие пластичные глинистые массы.

Пакет каолинита состоит из тетраэдрической и октаэдрической сеток. Расстояние между соседними пакетами составляет т. е. ангстрем, равен ) — (рис. 2, а).

В центре октаэдров расположен ион АI. Изоморфных замещений разновалентных ионов в пакете не происходит, поэтому он в целом электрически нейтрален. Формула каолинита, записанная в следующей последовательности:
- отражает его структуру;

- октаэдрический слой;

- тетраэдрический слой.

Благодаря небольшому расстоянию пакеты связаны между собой водородными связями. В воде каолинит по объему заметно не увеличивается, но может адсорбировать на своей поверхности молекулы воды, отдельные обменные катионы, так как в пакетах всегда существуют случайные ненасыщенные валентности.

Каолинит образуется в зоне выветривания на суше в кислой среде в условиях теплого влажного климата при выветривании полевошпатовых слюдистых пород (граниты, диориты, сиениты). В результате химического выветривания удаляются избыточный кремнезем, щелочи и железо, этому способствуют углекислота и гумус (фульвиокислоты). Последние необходимы для удаления железа в виде сложных органических соединений.

Почвы, богатые каолинитом, плохо пропускают влагу, бедны, так как каолинит не обладает обменными катионами, заметными адсорбционными свойствами.

Монтмориллонит. Минерал образует сплошные серовато-зеленовато-белые, часто восковидные массы монтмориллонитовых глин с неровной угловатой поверхностью. При высыхании они сокращаются в объеме, сначала растрескиваются (по гексагональной сетке), затем могут распадаться на остроугольные обломки. Структурный пакет монтмориллонита состоит из 2 тетраэдрических сеток, между которыми заключена октаэдрическая (2:1) —(рис. 2,6). В октаэдрах широко развито изоморфное замещение ионов Fe, Mg, Al, Сг. В тетраэдрах также Si⁴⁺ частично замещается А¹³+. Формула монтмориллонита, записанная следующим образом: - отражет его структуру:

- обменные катионы;

- октаэдрический слой;

- тетраэдрический слой;

межпакетная вода.

Благодаря изоморфных замещениям разновалентных катионов пакеты приобретают слабый отрицательный заряд, большая часть которого сконцентрирована в среднем октаэдрическом слое . Величина заряда всего пакета составляет 0,3—0,5 на элементарную ячейку (за единицу измерения принимается величина заряда элементарной ячейки слюд, состоящих из трехслойных пакетов, в которых каждый четвертый замещен на ). Заряд пакета в структуре монтмориллонита компенсируется входящими между пакетами обменными катионами, полярными жидкостями (вода и др.), которые могут также располагаться и на поверхности глинистых частиц. Этим объясняется ярко выраженная а Абсорбционная способность минералов монтмориллонитовой группы. Межпакетные обменные катионы и жидкости связаны с кристаллической решеткой очень слабо. При изменении условий среды они могут замещаться, удаляться. Расстояние между пакетами при этом колеблется от 9,7 до 15,4 А без нарушения структуры минерала. Поэтому минералы монтмориллонитового ряда относятся к разбухающим (бентонитовым) глинам. Их объем во влажном состоянии может быть в 3—4 раза больше, чем в сухом.

Адсорбционно-обменная способность бентонитовых глин играет большую роль в снабжении растений водой, питательными веществами, удержании в почвах микроэлементов. Известны случаи использования бентонитовых глин в качестве добавок к кормам, что позволяет увеличить эффективность откорма животных, так как сорбционные свойства минералов в этом случае улучшают пищеварительные процессы. Большую роль бентонитовые глины играют при природной очистке грунтовых вод. Почвы с минералами монтмориллонитовой группы влагоемки, обладают хорошей поглотительной способностью, обменными свойствами.

Минералы группы монтмориллонита образуются в зоне выветривания основных пород в щелочной среде и в морских условиях (рН8) за счет разложения вулканических туфов и обсидиана (часто такие образцы сохраняют реликтовую структуру изверженных пород). Известен монтмориллонит гидротермального происхождения, образованный при проработке гидротермальными растворами основных эффузивных пород.

Гидрослюды. С глинистыми минералами парагенетически тесно связаны гидрослюды. К ним относятся слоистые силикаты с трехслойными пакетами (2:1), между которыми заключены калий и вода (рис. 2, в).

В природе гидрослюды распространены очень широко, они входят в состав глинистых пород и почв, особенно в зоне умеренного климатического пояса. Образуются в нейтральной, слабощелочной и щелочной среде за счет первичного химического выветривания полевых шпатов и слюд, а также в почвах за счет необменной фиксации калия монтмориллонитом,, вермикулитом.

Особенно легко переходят в гидрослюды такие слюды, как биотит и мусковит, образуя гидробиотит и гидромусковит. В слюдах, благодаря высокому изоморфизму , калий необменио фиксируется между пакетами, полностью нейтрализуя свободные валентности. При выветривании он частично выносится. Так как слюды широко распространены и легко выветриваются, они являются основным источником почвенного калия. Свободные от калия позиции занимают молекулы воды, реже — другие элементы. Одновременно с калием из пакетов частично выносятся кремний и другие элементы. Поэтому по сравнению со слюдами у гидрослюд заряд элементарного пакета равен не 1, а 0,8—0,9; межпакетное расстояние — такое же (10А); кристаллическая решетка менее плотная и прочная (обусловлено тем, что скрепляющая сила воды значительно меньше, чем калия). Гидрослюды чаще всего образуют сплошные глинистые массы.

Гидрослюды с дефицитом ионов К, замещаемых Н₂0, называются иллитами. Железистым аналогом иллитов является глауконит. По способности к выветриванию гидрослюды занимают промежуточное положение между слюдами и глинами. Так как в них может быть разное соотношение выносимого К и привносимых элементов и воды, что зависит от степени выветривания, нельзя выделить гидрослюду строго определенного состава. Поэтому и формула глауконита имеет сложный вид:

Вермикулит. Вермикулит так же, как и гидрослюды по свойствам занимает промежуточное положение между слюдами и глинами, но выделяется в особую группу.

Это широко распространенный слюдоподобный минерал почв, образующий тонкочешуйчатые агрегаты в смеси с глинистыми минералами. Появляется как в результате выветривания слюд, так и при трансформационных изменениях слоистых силикатов в почвах. Структурный пакет вермикулита трехслойный (рис. 2, г). Степень изоморфизма меньше, чем у гидрослюд, поэтому заряд пакета, сконцентрированный в тетраэдрических слоях, равен 0,6—0,7. Межпакетное расстояние 14А (сходно с монтмориллонитом). Между пакетами находятся . Они компенсируют заряд пакета, но обладают обменными свойствами. Испаряющаяся при нагревании вода раздвигает пакеты, вызывая увеличение объема (вспучивание) вермикулита. В почвах вермикулит способен необменно поглощать калий и превращаться в гидрослюды.