KRZEMIANY I GLINOKRZEMIANY WARSTWOWE
Podstawowym elementem struktury krzemianów warstwowych jest warstwowy anion krzemotlenowy [Si
4
O
10
]
4-
,
zbudowany z tetraedrów [SiO
4
]
4-
, łączących się trzema naroŜami tlenowymi leŜącymi na jednej płaszczyźnie. Pozostałe
czwarte, wolne naroŜa są skierowane w jedną stronę, tworząc aktywną powierzchnię warstwy tetraedrycznej. Tak utworzona
sieć płaska jest zbudowana najczęściej z pierścieni sześciobocznych, a jej wymiary mierzone w płaszczyźnie poziomej mogą
być dowolnie duŜe.
Istnienie aktywnych powierzchni warstw anionów krzemo- czy glinokrzemo-tlenowych umoŜliwia wiązanie ich z
warstwami metalohydroksylowymi o koordynacji kationów LK 6. Warstwa metalohydroksylowa nosi nazwę warstwy
oktaedrycznej, w której ośmiościany są ułoŜone ukośnie czterokrotną osią symetrii tak, Ŝe jedna z ich ścian wyznacza dolną
powierzchnię warstwy, a druga, równoległa, górną. Połączone są one ze sobą krawędziami.
Struktura krzemianów warstwowych składa się z rytmicznie powtarzających się pakietów, nakładających się w kierunku osi Z.
Pakiety natomiast składają się z warstw.
WyróŜnia się dwa rodzaje warstw:
1 – warstwa tetraedryczna
2 – warstwa oktedryczna (metalohydroksylowa). Powstaje z warstwy tetraedrycznej poprzez przyłączenie dodatkowych
grup [OH]
-
. W wyniku tego tworzy się płaska sieć tleno-hydroksylowa, która po związaniu z równoległą do niej siecią
metaliczną złoŜoną z kationów o średnich wielkościach promieni jonowych, najczęściej Al
3+
lub Mg
2+
tworzy warstwę
oktaedryczną (metalohydroksylową).
MoŜliwe
są
dwa
zasadnicze
sposoby
wiązania
warstw
krzemotlenowych
(tetraedrycznych)
i
warstw
metalohydroksylowych (oktaedrycznych) w pakiety, które są charakterystycznymi elementami struktury krzemianów
warstwowych:
1.
Warstwa metalohydroksylowa jest jednostronnie połączona z warstwą tetraedryczną i w wyniku tego tworzy się
motyw strukturalny określany jako pakiet typu 1:1. Przykładami są kaolinit A1
4
[(OH)
8
|Si
4
O
10
] i antygoryt Mg
6
[(OH)
8
| Si
4
O
10
].
2. Warstwa metalohydroksylowa (oktaedryczna) jest zamknięta między dwiema warstwami tetraedrycznymi zwróconymi
do siebie aktywnymi powierzchniami. Tego rodzaju pakiety określa się jako typ 2:1. Przykładami są:
pirofyllit Al
2
[(OH)
2
| Si
4
O
10
], oraz talk Mg
3
[(OH)
2
|Si
4
O
10
]. W zaleŜności od tego czy wśród moŜliwych trzech pozycji
oktaedrycznych obsadzone są dwie czy trzy wyróŜnia się dioktaedryczne i trioktaedryczne krzemiany pakietowe.
Krzemian dioktaedryczny - pirofyllit - zawiera we wzorze dwa Al
3+
o koordynacji LK 6, podczas gdy
trioktaedryczny talk zawiera trzy Mg
3+
o takiej samej koordynacji na jeden formalny anion [Si
4
O
10
]
4-
.
3. Szczególną budowę mają pakiety chlorytów, w których między pakietami trójwarstwowymi 2:1 istnieje dodatkowa
warstwa. Są to pakiety trój- jednowarstwowe typu 2:1:1.
Minerały o budowie pakietowej odznaczają się doskonałą łupliwością według dwuścianu podstawowego, tj. w
kierunku
wyznaczonym
przez
płaszczyzny
warstwowych
anionów
krzemotlenowych
(w
efekcie słabych wiązań międzypakietowych).
Wskutek wietrzenia, miki tracą część
międzypakietowych kationów alkaliów lub ziem
alkalicznych, które są zastępowane przez kation
hydroniowy [H
3
O]
+
lub przez H
2
O
-
w efekcie
tworzą się hydromiki, np. hydromuskowit (illit).
W montmorillonitach słabe oddziaływanie
pakietów z kationami wymiennymi ułatwia
wnikanie w przestrzenie międzypakietowe drobin
H
2
O. Ujawnia się to zdolnością pęcznienia tych
minerałów. Są to minerały pęczniejące.
cechy fizyczne krzemianów i Al-krzemianów
warstwowych:
doskonała
łupliwość
jednokierunkowa, połysk szklisty, jedwabisty, woskowaty itp.
minerały pegmatytowe – zwykle duŜe rozmiary (np.: muskowit, biotyt), min ilaste zwykle mikroskopijne – niedostrzegalne
gołym okiem.
−
powstawanie - magmowe, metamorficzne, „wietrzeniowe”, hydrotermalne (patrz przeobraŜenia
krzemianów)
−
występowanie w skałach – granity, gnejsy, łupki serycytowe / chlorytowe, azbesty (chryzotylowe),
szarogłazy, gliny, iły, gleby, pegmatyty i inne.
Klasyfikacja krzemianów i Al-krzemianów warstwowych uwzględnia:
•
układ warstw (pakietów)
•
kationy, zespół kationów pomiędzy warstwami
•
kationy w warstwach oktaedrycznych i tetraedrycznych (mogą być wymieniane)
Grupa 1. Grupa kaolinitu i serpentynu
Grupa 2. Grupa pirofyllitu i talku
Grupa 3. Miki
Grupa 4. Grupa montmorillonitu (smektyty) i pokrewne
Grupy 5. Wermikulity
Grupa 6. Chloryty
Grupa 7. Grupa pałygorskitu
Grupa 8. Inne krzemiany i glinokrzemiany warstwowe oraz pokrewne
Ogromne znaczenie dla strefy wietrzenia skał zasobnych w glinokrzemiany, takŜe jako surowce ceramiczne i in., mają
minerały ilaste. Są to najbardziej rozpowszechnione składniki skał ilastych (glin, iłów, łupków itp.) oraz gleb. Nie stanowią
odrębnej ściśle zdefiniowanej grupy minerałów. Minerałami ilastymi są minerały naleŜące do:
podgrupy kaolinitu łącznie z allofanami,
podgrupy pirofyllitu,
podgrupy montmorillonitu,
podgrupy wermikulitu,
podgrupy hydromik,
pałygorskit,
Minerały ilaste posiadają zespół charakterystycznych cech:
1.
Ogromna powierzchnia właściwa wynikająca z budowy warstwowej oraz z drobnych rozmiarów.
2.
cząstki ilaste posiadają zazwyczaj ładunek ujemny. Powoduje on przyciąganie przez powierzchnię minerału ilastego
ogromnej ilości kationów. Taki
3.
Zdolności sorpcyjne kationów i cząsteczek wody (adsorpcja i absorpcja) przez min ilaste (!).
4.
W stanie wilgotnym są plastyczne, po wysuszeniu kruche
5.
niektóre minerały zwiększają objętość ze wzrostem wilgotności i kurczą się przy wysychaniu.
6.
bardzo małe rozmiary kryształów (niedostrzegalne gołym okiem) kilka mikrometrów.
minerały ilaste – frakcja ilasta, frakcja pelitowa
Często opisując najdrobniejsze frakcje osadu błędnie uŜywa się nazwy „frakcja ilasta”. Wynika to z tego Ŝe minerały
ilaste mają bardzo małe rozmiary (kilka mikrometrów [µm
]
).
•
frakcja ilasta to frakcja składająca się głównie z minerałów ilastych.
•
frakcja pelitowa to frakcja składająca się z ziaren o
∅
< 0,004 mm (4 µm).
MINERAŁY ILASTE O STRUKTURACH MIESZANYCH
Istotną cechą krzemianów i glinokrzemianów pakietowych jest zdolność tworzenia struktur mieszanych, tj. składających się z
róŜnych pakietów, np. pakietów talku, smektytów, wermikulitu, chlorytów, illitu i in. ( 1:1, 2:1, 2:1:1) wzajemnie
nawarstwionych w kierunku osi Z. Przyczyną tworzenia się utworów tego rodzaju jest chwiejność warunków chemicznych i
fizycznych w strefie wietrzenia, zwłaszcza w części bezpośrednio podlegającej wpływom czynników klimatycznych,
wykazujących silne zmiany w ciągu doby i w okresach dłuŜszych. Są to istotne składniki gleb i skał osadowych, np. glin, iłów,
łupków, bentonitów itp.
WaŜną ich cechą jest zdolność wymiany kationów na pozycjach wymiennych. To stwarza moŜliwość modyfikowania
ich własności jako składników gleb i jako tworzyw przemysłowych. Minerały mieszanopakietowe odgrywają zatem istotną rolę
w rolnictwie i w działach technologii wykorzystujących surowce ilaste (np. ceramika, chemia).
Mieszanopakietowe minerały ilaste tworzą się takŜe w strefie działalności hydrotermalnej niskich temperatur, równieŜ
jako produkt degradacji krzemianów i glinokrzemianów o strukturach uporządkowanych, np. mik (biotytu, muskowitu),
połączonej z usuwaniem kationów międzypakietowych, np. K
+
, lub zastępowaniem ich innymi.
W Polsce mieszanopakietowe minerały ilaste są rozpowszechnionymi składnikami wielu skał ilastych - glin, łupków ilastych
itp. Minerały ilaste o nieuporządkowanych strukturach mieszanopakietowych stanowią główne składniki iłów
montmorillonitowych karbonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (Milowice, Radzionków i in.). Obecne są takŜe, w duŜych
ilościach, w iłach występujących w nadkładzie kujawskich złóŜ węgla brunatnego, siarki rodzimej w Piasecznie i Machowie
koło Tarnobrzegu.
GRUPA KAOLINITU I SERPENTYNU
Podgrupa Kaolinitu: Kaolinit, Chryzokola, Haloizyt
Kaolinit - rozpowszechniony produkt wietrzenia skaleni i innych glinokrzemianów.
Powstaje w środowisku kwaśnym (pH < 5), np. w strefie przeobraŜania materiału roślinnego w węgiel brunatny, działania wód
juwenilnych zasobnych w CO
2
itp. Główny składnik kaolinów, glin ogniotrwałych i ceramicznych, łupków i innych skał
pochodzenia lądowego. Znany równieŜ jako składnik utworów powstałych w strefie działalności hydrotermalnej. Tworzy
robakowate agregaty w łupkach ogniotrwałych, a takŜe w innych skałach.
W Polsce kaolinit występuje jako składnik kaolinów, glin ogniotrwałych i ceramicznych oraz iłów kaolinitowych. Jest
eksploatowany głównie na Dolnym Śląsku oraz w północnej części obrzeŜenia mezozoicznego Gór Świętokrzyskich.
Podstawowy surowiec przemysłu ceramiki szlachetnej (porcelana, porcelit itp.) i materiałów ogniotrwałych, a takŜe przemysłu
gumowego, papierniczego i szeregu innych. Skały kaolinitowe odgrywają rolę takŜe w innych gałęziach ceramiki i w
przemyśle szamotowych materiałów ogniotrwałych.
Chryzokola – minerał strefy utlenienia kruszców miedzi (!)
Foleryty są to ciemnozielone wypełnienia szczelin przecinających skały osadowe, zwłaszcza łupki ogniotrwałe. Znane z
karbonu Nowej Rudy (Dolny Śląsk), gdzie wykazano istnienie dwóch ich odmian: kaolinitowej i dickitowej, utworzonych
niemal wyłącznie z kaolinitu czy dickitu.
Dickit - jest podobny do kaolinitu, pod względem chemicznym identyczny. Powstaje w środowiskach hydrotermalnych i
osadowych. Współwystępuje z kaolinitem.
Podgrupa serpentynu (antygoryt, chryzotyl) –
Antygoryt – często tworzy pseudomorfozy po oliwinach i OPx
Chryzotyl – charakteryzuje się budową „rurkową” tzn warstwy zwinięte są na kształt rurek – występuje w postaci skupień
włóknistych (azbesty). Powstaje w środowisku hydrotermalnym jako produkt przeobraŜenia krzemianów zasobnych w Mg
(Ol, Px, Amf, biotytu). Wykorzystywany jest do produkcji materiałów ogniotrwałych.
Talk: Minerał skał metamorficznych facji zieleńcowej. Tworzy łupki talkowe oraz skały talkowo-magnezytowe i talkowo-
chlorytowe. Współwystępuje z aktynolitem, klinochlorem i kwarcem. Składnik serpentynitów. Pojawia się w marmurach
dolomitowych. Rzadko bywa obecny w skałach osadowych.
Inne minerały warstwowe
Muskowit,
serycyt (dronokrystaliczny muskowit),
biotyt,
lepidolit,
glaukonit
,
chloryty
fuchsyt,
pirofyllit,