Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Структура иллитовых минералов (гидрослюд)

Структура иллитовых минералов (гидрослюд)

16.10.2017

Представления о структуре слюд, пределах изменения их состава и их полиморфных разновидностях весьма подробно были развиты в работах Паулинга, Могена, Джексона и Веста, Винчелла, Хендрикса и Джефферсона. Основным элементом структуры иллитов является слой, состоящий из двух кремнекислородных тетраэдрических сеток и одной средней октаэдрической сетки. Вершины тетраэдров каждой кремнекислородной сетки направлены к середине структурного элемента и скомбинированы с октаэдрической сеткой так, что при соответствующих замещениях ОН на О получается единый слой. Элемент структуры у слюд такой же, как и у монтмориллонита, только в этом случае, как правило, некоторые атомы кремния замещены алюминием, и вызванный этим отрицательный заряд уравновешивается ионами калия. Во многих хорошо окристаллизованных слюдах 1/4 часть атомов кремния замещена алюминием. Слои структуры бесконечно распространены в направлениях а и b и наложены друг на друга в направлении с. Ионы калия находятся между слоями, где они укладываются во впадины, имеющиеся на поверхности кислородных слоев. Смежные слои расположены так, что ионы калия равноудалены от 12 атомов кислорода, из которых к каждому слою относится по 6 атомов (фиг. 14).

Мусковит является диоктаэдрическим, так что у него заполнены катионами две трети октаэдрических положений, причем октаэдрическая сетка заселена только атомами алюминия. Его структурная формула (OH)4K2(Si6Al2)Al4O20, чему соответствует теоретический химический состав: K2O 11,8%, SiO2 45,2%, Al2O3 38,5%, H2O 4,5%. Минерал является моноклинным, его элементарная ячейка распространяется на два кремне-алюмо-кремне-кислородных слоя и имеет размеры а = 5,2 А, Ь = 9,0 А. c = 20,0А, в = 95°30'; пространственная группа — С2h3 — С2/с.
Биотитовые слюды являются триоктаэдрическими, и октаэдрические положения в них заселены преимущественно ионами Mg++, Fe++ и (или) Fe3+. Примерами таких слюд служат биотит (OH)4K2(Si6Al2)(Mg,Fe)6O20, в котором относительное содержание железа и магния изменяется в широких пределах, и флогопит (OH)4K2Si6Al2Mg6O2O. Хендрикс показал, что существуют, по крайней мере, 6 полиморфных разновидностей биотита, отличающихся числом кремне-алюмо-кремнекислородных слоев, приходящихся на элементарную ячейку, и характером заполнения элементарных ячеек. Определены элементарные ячейки, распространяющиеся на 1, 2, 3, 6 и 24 кремне-алюмо-кремнекислородных слоя, заполнение которых может иметь моноклинную, ромбоэдрическую и триклинную симметрию. Существенно, что в представленных большими кристаллами хорошо окристаллизованных слюдах, в которых не имеется нарушений порядка наложения слоев, не существует, по-видимому, изоморфных переходов от диоктаэдрических к триоктаэдрическим типам.
Распределение зарядов в пределах слоев хорошо окристаллизованных слюд выражается следующей схемой:

Иллитовые глинистые минералы могут отличаться рядом особенностей от хорошо окристаллизованных слюд, причем все формы их отличия могут быть представлены в одном образце. По сравнению со слюдами они характеризуются меньшей степенью замещения Si1+ на Al3+. Так, в хорошо окристаллизованных слюдах замещена 1/4 часть атомов Si4+, в иллитах — часто лишь 1/6. Поэтому молекулярное отношение кремнезема к глинозему для иллитов является более высоким, чем для хорошо окристаллизованных слюд, а неуравновешенный отрицательный заряд уменьшается от значения 2 на элементарную ячейку примерно до 1,3. Межслоевые ионы калия частично могут быть замещены другими катионами, такими, как Ca4+, Mg++, H+. В наложении слоев в направлении оси с имеется некоторая неупорядоченность, а размеры частиц природных иллитов весьма малы — порядка 1 или 2 u или даже менее.
Вследствие вышеупомянутых отклонений иллитовые глинистые минералы отличаются от хорошо окристаллизованных слюд и своими рентгеновскими характеристиками. Диффракционная линия при 10A, всегда отчетливо проявляющаяся на рентгенограммах слюд, считается также характерной и для иллитов, однако для них она часто преобразуется в полосу с постепенным спадом интенсивности в направлении области меньших углов диффракции, что является следствием малого размера частиц, вариации межслоевого катиона и частичной межслоевой гидратации. Случайно встречающиеся слои воды не типичны для гидрослюд; они могут быть связаны с любой поверхностью частицы. Кроме того, вследствие указанных дефектов рефлексы hkl являются слабыми или могут отсутствовать совсем, если и для хорошо окристаллизованных слюд они слабы. Насколько можно судить по литературным данным, большинство иллитовых глинистых минералов является диоктаэдрическими, однако встречаются триоктаэдрические иллиты с элементарными ячейками, распространяющимися на один, два или три кремне-алюмо-кремнекислородных слоя.
Надежные рентгеновские данные позволяют идентифицировать полиморфные разновидности иллита, если образцы не загрязнены и степень кристалличности их достаточно совершенна. В некоторых случаях при помощи существующих в настоящее время аналитических методов невозможно определить отдельные полиморфные формы иллита.
Известны диоктаэдрические иллиты, в которых алюминий замещен в какой-то степени железом и магнием. Представить себе какую-либо изоморфную взаимосвязь между диоктаэдрическими и триоктаэдрическими иллитами трудно, так как ни один из этих минералов не был в достаточной степени изучен.
Глауконит является триоктаэдрическим иллитом со значительной степенью замещения Al3+ на Fe3+, Fe++ и Mg4+, в котором часто заполнено даже менее двух третей возможных положений. Как следствие октаэдрические и тетраэдрические сетки в них имеют отрицательный заряд, который, очевидно, уравновешивается межслоевыми катионами. Помимо K+, межслоевыми катионами часто являются Ca4+ и Na+. Хендрикс и Росс Дают следующую формулу, которую они считают характерной для многих глауконитов: (OH)4(К, Ca1/2, Na)0,68(Si7,30Al0,70)*(Al0,94Fe1,94F038Mg0,80)O20. Другой особенностью глауконита является то, что его элементарная ячейка вероятнее всего охватывает атомы одного слоя, а не двух слоев, как в большинстве ди-октаэдрических слюд.
Грим, Брэдли и Браун вывели следующую формулу, связывающую размер b0 с химическим составом слюд. Формула основана на измеренных величинах b0 пирофиллита, мусковита и талька. Авторы предполагали, что влияние замещений в решетке на величину периодов элементарной ячейки аддитивны и линейны, а увеличение периода, соответствующее тому или иному иону, пропорционально его диаметру. Браун установил, что наибольшее согласие между наблюдаемыми и вычисляемыми величинами достигается в том случае, если предположить, что все атомы железа имеют радиус, характерный для закисного железа, а ион лития дает тот же эффект, что и ион алюминия. Формула Брауна имеет вид

где Al — число ионов Al3+ в тетраэдрической координации, приходящееся на половину элементарной ячейки,
Mg — число ионов Mg++ в октаэдрической координации, приходящееся на половину элементарной ячейки,
Fe — число ионов Fe в октаэдрической координации, приходящееся на половину элементарной ячейки,
Ti — число ионов Ti4+ в октаэдрической координации, приходящееся на половину элементарной ячейки.
Структура иллита отличается от структуры монтмориллонита следующими важными особенностями.
Отрицательный заряд, приходящийся на элементарную ячейку и вызванный замещениями в решетке, для иллита примерно равен 1,30—1,50, а для монтмориллонита ~0,65. Источником заряда в случае иллита является кремнекислородная сетка, вследствие чего он расположен весьма близко к поверхности структурного слоя. В монтмориллоните заряд часто, а возможно и преимущественно, находится в октаэдрической сетке в середине структурного слоя. В случае иллита заряд уравновешивается главным образом, или даже полностью, калием. Вследствие этих отличительных особенностей слои в структуре иллита сравнительно сильно связаны друг с другом, так что полярные ионы не могут проникать между ними и вызывать расширение решетки. Меж-слоевые катионы, уравновешивающие отрицательный заряд слоев, являются необменными.
Можно полагать, что существуют непрерывные переходы между иллитом и хорошо окристаллизованными мусковитами и биотитами, с одной стороны, и монтмориллонитом — с другой. Пока еще не получено достаточно данных для подтверждения этого взгляда. Необходимо отметить, что иллиты, однако, обладают своеобразными отличительными особенностями, и считать их полностью переходными разновидностями мусковита или биотита, по-видимому, нельзя. Относительно переходов к монтмориллониту имеющихся данных также недостаточно. Известны многие глины, которые можно было бы считать переходными между иллитом и монтмориллонитом, но в действительности они состоят из переслаивающихся пропластков истинных иллита и монтмориллонита. He исключено, что будут найдены глинистые минералы с наложением слоев, слегка отличающимся от наложения, характерного для иллита, как меньшей степенью уравновешенности зарядов, так и частичным замещением K+ другим катионом, например Na+. Повидимому, в таких образцах вода, проникая между слоями структуры, вызовет некоторое расширение решетки. В этих образцах вполне возможна различная степень неуравновешенности зарядов для разных слоев, и природа уравновешивающихся катионов может меняться от слоя к слою, а также в пределах одного межслоевого промежутка. В связи с этим расстояние между слоями в них должно быть различным для разных пар слоев и может также меняться в пределах одного межслоевого промежутка, образованного двумя смежными слоями. Классификация таких образцов глинистых минералов весьма затруднительна; выделение среди них иллитов и монтмориллонитов часто является произвольным. В таких случаях монтмориллонитами принято называть разбухающие, а иллитами — неразбухающие разновидности.