34. Классификация, кристаллические структуры и физические свойства глинистых минералов

Глинистые минералы — группа водных силикатов, слагающих основную массу глинистых отложений и большей части почв и определяющих их физико-химические, механические и др. свойства.

Глинистые материалы являются продуктом выветривания преимущественно алюмосиликатов и силикатов магматических и метаморфических горных пород на дневной поверхности. В процессе выветривания глинистые материалы испытывают стадийные преобразования структуры и химического состава в зависимости от изменения физико-химических условий среды выветривания и седиментации. Размеры частиц глинистых материалов в глинах большей частью не превышают 0,01 мм. По кристаллической структуре глинистые материалы относятся к слоистым или псевдослоистым силикатам.

Высокая удельная поверхность, изоморфные замещения, обилие сколов кристаллической решётки и нескомпенсированных зарядов придаёт глинистым минералам катионнообменную способность. Также они способны химически связывать воду.

В состав минералов входят слои, состоящие из кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров, эти слои объединяются в элементарные пакеты, совокупность которых формирует частицу минерала.

По набору слоёв в пакете различают несколько групп глинистых минералов:

Группа каолинита (каолинит, галлуазит) c пакетом, состоящим из одного слоя октаэдров и одного слоя тетраэдров. Пакеты прочно связаны между собой и плотно прилегают друг к другу, в результате чего молекулы воды и катионы металлов не могут входить в межпакетное пространство и минерал не набухает в воде, а также обладает низкой ёмкостью катионного обмена (ЕКО).

Группа монтмориллонита или группа смектита (монтмориллонит, нонтронит, бейделит и др.) с трёхслойным пакетом вида тетраэдр-октаэдр-тетраэдр. Связь между пакетами слаба, туда проникает вода, из-за чего минерал сильно набухает. Отличается высокой ЕКО (до 80-120 мг-экв на 100 г.).

Группа гидрослюд (гидробиотит, гидромусковит и др.) также с трёхслойным пакетом, но сильной связью между ними. Практически не поглощают воду и не набухают в ней. Отличаются высоким содержанием калия, поскольку его ионный радиус позволяет ему входить в пустоты структуры минерала.

Группа хлорита с четырёхслойной набухающей структурой.

Группа смешаннослойных минералов с чередованием пакетов различных типов. Носят названия вида иллит-монтмориллонит, вермикулит-хлорит и т. п., свойства сильно варьируют. По нашему мнению, к глинистым минералам следует относить природно дисперсные слоистые и слоисто-цепочечные силикаты, образующиеся преимущественно при химическом выветривании по­род, накоплении осадков, а также при их постседиментационном преобразовании включая возможность наложения на сформиро­вавшиеся тем или иным путем толщи процесса гидротермальной деятельности. Одной из важнейших особенностей кристаллического строения глинистых минералов является их способность активно взаимодействовать с водой.

Главнейшие типы структур глинистых минералов

Октаэдрнческие сетки, содержащие AI или Mg и имеющие со­став АЫОН)₆ либо Mg₃(OH)e. представляют собой одноэтажные слои типа 0:1 н являются простейшими слоистыми структурами гндраргнллнтового (гиббеитового) и бруентового типа. Высота та­ких слоен в структуре первого типа 0,205, второго — 0,215 ни.

Однако более широкое распространение в природе имеют струк­туры, которые состоят либо из двух- или трехэтажных слоев, либо из сочетания трех- и одноэтажного слоев, т. е. четырехэтажного тина, бразующихся в результате определенного сочленения тетра-и октаэдрнческих сеток. Двухэтажные, или 1 : 1, слои состоят из одной тетра- и одной октаэдр и ческой сеток. У слоев, содержащих А1 или Mg в октаэдрах и Si в тетраэдрах, т. е. у дн- (каолннитовый тип) или трноктаэдрических (серпенти-новый тип) структур, указанный параметр составляет соответст­венно 0,715 и 0,730 нм. Отдельные, практически электронейтраль­ные слои в структурах рассматриваемого типа жестко соединяют­ся посредством электростатических сил сцепления (водородных связей). При частичном замещении в тетраэдрах таких структур Si на AI, т. е. при составе типа Sii_*Al*, где х>0, возникающий отри­цательный тетраэдрическнй заряд компенсируется зарядом окта­эдрнческих сеток. Вследствие этого катионы А1 располагаются в тетраэдрах ближе к вершинным атомам О, т. е. приближаются к «немостнковым* анионам для компенсации их валентности. Подоб­ное сочленение сеток определяет сжатие кристаллической решетки перпендикулярно к их базалыюй плоскости, в частности у бертье-ривов — минералов с Fe и частично Mg и AI в октаэдрах — до 0,705 нм. Трехэтажные, или 2:1, слои включают две тетраэдрические сет­ки и расположенную между ними октаэдрнческую сетку. При от­сутствии гетеровалентных замещений в тетра- в октаэдрнческих сетках, в зависимости от А1- либо Mg-состава последних, слои 2: 1 образуют соответственно структуры пнрофиллнтового или талько­вого типа. Отдельные электронейтральные слои в этом случае же­стко соединяются, как в структуре близких (по составу тетра- и октаэдрнческих сеток) двухэтажных минералов. Однако, в отли­чие от последних, связь между слоями осуществляется с помощью ван-дер-ваальсовых сил.