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 вермикулита

Структура вермикулита

16.10.2017

Структура вермикулита впервые была выведена Грюнером. Позже Хендрикс и Джефферсон в общих чертах подтвердили выводы Грюнера, видоизменив лишь некоторые детали. В последнее время Баршад и Уолкер независимо друг от друга внесли много нового в наши представления о структуре этого минерала. Кроме того, Грюнер показал, что многие образцы, относимые к вермикулитам, в действительности обладают смешанно-слоистыми слюдо-вермикулитовыми структурами.
Грюнер показал, что структура вермикулита образована слоями триоктаэдрической слюды или талька, разделенными слоями молекул воды. Последние занимают определенное пространство, которое по своей толщине (4,98 А) примерно соответствует двум слоям этих молекул. Таким образом, в своем естественном состоянии вермикулит характеризуется чередованием слюдоподобных и двойных водных слоев. Грюнер приписывает вермикулиту пространственную группу C2h6—С2/с.
На основании исследования монокристаллов Хендрикс и Джефферсон установили следующие кристаллографические константы этого минерала: с = 28,91 A, b = 9,20А, а = 5,34А, в = 93°15'. Они показали, что для вермикулитов характерны смещения слоев в направлении оси а — такого же типа, как и для мусковита и пирофиллита, — и несколько беспорядочные смещения в направлении оси b. Авторы считают, что вермикулит имеет пространственную группу Cc—Cэ, и указывают, что благодаря беспорядочным смещениям слоев в направлении оси b эта группа является псевдогруппой.
Структура электрически неуравновешенная, главным образом вследствие замещений Si4+ на Al3+. Заряд, возникший при этих замещениях, может быть частично компенсирован благодаря другим замещениям в пределах решетки слюды, однако всегда остается избыточный отрицательный заряд, равный от 1 до 1,4 на элементарную ячейку. Этот отрицательный заряд нейтрализуется катионами, располагающимися преимущественно между слюдяными слоями и являющимися в значительной мере обменными. В природном вермикулите, емкость поглощения которого такова же, как у монтмориллонита или несколько выше, уравновешивающим катионом является Mg++, иногда в незначительном количестве присутствует также Ca++.
Общая формула природного вермикулита

где х имеет значения от 1 до 1,4, а у примерно равен 8. Mg++ и Ca++ являются уравновешивающими и в значительной мере обменными катионами. Заряды по слою распределяются следующим образом:

При нагревании вермикулита до высоких температур порядка 500° молекулы воды изгоняются из пространства между силикатными слоями, однако минерал быстро регидратируется, как только он оказывается во влажных условиях при комнатной температуре. Таким образом, минерал имеет расширяющуюся решетку, ко расширение не превышает 4,98 А, что соответствует толщине двух водных слоев. Если нагреть вермикулит до 700°, то после этого он уже не расширяется. Для такого вещества линии при 14 А и при более высоких порядках этого значения исчезают и появляются новая линия при 9,3 А и другие характерные для слюд линии диффракционной картины.

Большая дискуссия развернулась вокруг вопроса о точном характере структуры водных слоев в вермикулите, и до сих пор между исследователями еще не достигнуто полного согласия. Грюнер предположил, что вода вермикулита может быть представлена заряженными гидрониевыми группами (H3O)+. Хендрикс и Джефферсон настаивают на существовании протяженной гексагональной сетки молекул воды (фиг. 17). В последнее время Баршад и Уолкер независимо друг от друга отметили, что обменные катионы, расположенные между слоями слюды, должны влиять на состояние межслоевой воды. Эти исследователи показали, что такая зависимость имеет место в действительности (табл. 3).

Уолкер считает, что в естественном вермикулите вода находится в двух формах — «связанной» и «несвязанной». Связанная вода окружает Mg++ в виде гидратной оболочки из 6 молекул воды на один Mg++ образующих, возможно, октаэдрическую группировку. Протяженность по высоте занимаемого молекулами воды пространства, равная 4,98 А, отвечает группировкам, в которых октаэдрические группы лежат на своих гранях таким образом, что они занимают минимальное расстояние между смежными слоями. Несвязанная вода заполняет пространство между октаэдрическими группами воды. Согласно расчету Уолкера, отношение количества несвязанной воды ко всей межслоевой воде составляет 8:14. Как показал Уолкер, при нагревании вермикулита примерно до 110°C в закрытой трубке, так что регидратация оказывается невозможной, происходит частичное, но закономерное сжатие структуры до базального межплоскостного расстояния в 11,8 А. Это соответствует толщине водного слоя в 2,54 А, которая равна толщине одного слоя молекул воды. По мнению Уолкера, при таком частичном сжатии удаляется несвязанная вода и распадается октаэдрическая сетка молекул воды вокруг Mg++, причем эти молекулы выжимаются в одну плоскость между слюдяными слоями. Такой частично сплющенный вермикулит весьма склонен к регидратации, что может быть связано с сильной тенденцией Mg++ к восстановлению своей октаэдрической оболочки.
Вермикулиты с Ba4+ и Li+ в качестве обменных катионов имеют, по-видимому, единичный слой молекул воды между слюдяными слоями. У вермикулитов с K+ и NH; пространство между слюдяными слоями меньше, чем это требуется единичным молекулярным водным слоем, и Баршад рассматривает этот минерал как дегидратированный. Уолкер , тем не менее, считает, что и при K+ и NH; имеется некоторое количество воды, а уменьшение межслоевого пространства объясняется частичным внедрением молекул воды в кремнекислородные сетки. По мнению Уолкера, при нагревании вермикулита, насыщенного К+, базальное межплоскостное расстояние уменьшается до 10,1А. Концепция Уолкера иллюстрируется на фиг. 18.

Поскольку вермикулит имеет расширяющуюся структуру иобладает электрически неуравновешенной решеткой с высокой емкостью катионного обмена, весьма существенно рассмотреть в каком отношении он находится к монтмориллониту, который обладает такими же особенностями. Вермикулит отличается от монтмориллонита тем, что его расширение благодаря воде ограничено расстоянием примерно в 4,98 А. Вермикулит поглощает некоторые органические молекулы в пространстве между слоями слюды, но в отличие от монтмориллонита слои адсорбированных молекул тоньше и менее изменчивы. Эти особенности могут быть вызваны сравнительно большим размером частиц вермикулитовых слоев и значительно менее неупорядоченным наложением слоев вермикулита. Действительно, в вермикулите неупорядоченность структуры может касаться лишь одного из горизонтальных направлений. Все эти отличия объясняются, по-видимому, тем, что неуравновешенность зарядов в вермикулите определяется главным образом, а возможно и целиком, тетраэдрической сеткой, тогда как в монтмориллоните она определяется октаэдрической сеткой.
Если и имеются различия между вермикулитом — глинистым минералом и вермикулитом, представленным большими чешуйками, то они нам пока не известны. Подобного рода отличия, вероятно, должны быть незначительны и, по-видимому, имеют тот же характер, что и отличия, предполагаемые для хорошо окристаллизованных хлоритов и хлоритов — глинистых минералов.