Կավային միներալներ. դասակարգում, բաղադրություն, հատկություններ և կիրառություն

2024 Հեղինակ: Henry Conors | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-02-12 08:37

Կավային միներալները ջրային ալյումինի ֆիլոսիլիկատներ են, երբեմն երկաթի, մագնեզիումի, ալկալիների և հողալկալիական մետաղների տարբեր կեղտերով և այլ կատիոններով, որոնք հայտնաբերված են որոշ մոլորակների մակերևույթների վրա կամ մոտակայքում:

Նրանք ձևավորվում են ջրի առկայության դեպքում և ժամանակին կարևոր են եղել կյանքի առաջացման համար, այդ իսկ պատճառով աբիոգենեզի շատ տեսություններ ներառում են դրանք այս գործընթացում: Նրանք հողի կարևոր բաղադրիչներն են և վաղ ժամանակներից օգտակար են եղել մարդկանց համար գյուղատնտեսության և արդյունաբերության մեջ:

կրթություն

Կավերը ձևավորում են հարթ վեցանկյուն թիթեղներ, որոնք նման են միկաներին: Կավե օգտակար հանածոները սովորական եղանակային արտադրանք են (ներառյալ դաշտային սպաթը) և հիդրոթերմալ փոփոխության ցածր ջերմաստիճանի արտադրանք: Դրանք շատ տարածված են հողերում, մանրահատիկ նստվածքային ապարներում, ինչպիսիք են թերթաքարերը, ցեխաքարերը և տիղմաքարերը, ինչպես նաև մանրահատիկ մետամորֆ թերթաքարերում և ֆիլիտներում:

Հատկություններ

Կավային հանքանյութերը սովորաբար (բայց ոչ պարտադիր) չափերով չափազանց նուրբ են: Դրանք սովորաբար համարվում են 2 միկրոմետրից պակաս մասնիկների չափսերի ստանդարտ դասակարգման մեջ, ուստի դրանք հայտնաբերելու և ուսումնասիրելու համար կարող են պահանջվել հատուկ վերլուծական տեխնիկա: Դրանք ներառում են ռենտգենյան դիֆրակցիա, էլեկտրոնների դիֆրակցիոն տեխնիկա, տարբեր սպեկտրոսկոպիկ մեթոդներ, ինչպիսիք են Մյոսբաուերի սպեկտրոսկոպիան, ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիան, Ռամանի սպեկտրոսկոպիան և SEM-EDS-ը կամ ավտոմատացված հանքաբանական գործընթացները: Այս մեթոդները կարող են համալրվել բևեռացված լույսի մանրադիտակով, ավանդական տեխնիկա, որը սահմանում է հիմնարար երևույթներ կամ նավթաբանական հարաբերություններ:

Բաշխում

Հաշվի առնելով ջրի անհրաժեշտությունը՝ կավե հանքանյութերը համեմատաբար հազվադեպ են Արեգակնային համակարգում, թեև դրանք տարածված են Երկրի վրա, որտեղ ջուրը փոխազդում է այլ հանքանյութերի և օրգանական նյութերի հետ։ Դրանք հայտնաբերվել են նաև Մարսի մի քանի վայրերում։ Սպեկտրոգրաֆիան հաստատել է դրանց առկայությունը աստերոիդների և մոլորակոիդների վրա, ներառյալ գաճաճ մոլորակները Ցերես և Տեմպել 1, և Յուպիտերի արբանյակ Եվրոպան:

Դասակարգում

Հիմնական կավե միներալները ներառված են հետևյալ կլաստերներում.

• Կաոլինի խումբ, որն իր մեջ ներառում է կաոլինիտ, դիկիտ, հալոյիզիտ և նակրիտ միներալներ (Al2Si2O5 (OH) 4-ի պոլիմորֆներ): Որոշ աղբյուրներ ներառում են կաոլինիտ-սերպանտինային խումբը կառուցվածքային նմանության պատճառով (Բեյլի1980).
• Սմեկտիտների խումբ, որն ընդգրկում է երկաեզրային սմեկտիտներ, ինչպիսիք են մոնտմորիլլոնիտը, նոնտրոնիտը և բեյդելիտը և եռաեզրային սմեկտիտները, ինչպիսիք են սապոնիտը: 2013 թվականին Curiosity մարսագնացի անալիտիկ փորձարկումները ցույց տվեցին արդյունքներ, որոնք համապատասխանում էին Մարս մոլորակի վրա սմեկտիտային կավե հանքանյութերի առկայությանը:
• Իլիտ խումբ, որն իր մեջ ներառում է կավե միկա: Իլիտը այս խմբի միակ տարածված հանքանյութն է։
• Քլորիտների խումբը ներառում է նմանատիպ միներալների լայն տեսականի՝ զգալի քիմիական տատանումներով:

Այլ տեսակներ

Կան այս միներալների այլ տեսակներ, ինչպիսիք են սեպիոլիտը կամ ատապուլգիտը, ներքին կառուցվածքով երկար ջրային ուղիներով կավերը: Կավի խառը տատանումները տեղին են վերոհիշյալ խմբերի մեծ մասի համար: Պատվերը նկարագրվում է որպես պատահական կամ սովորական պատվեր և հետագայում նկարագրվում է «Reichweit» տերմինով, որը գերմաներեն նշանակում է «տարածք» կամ «ծածկույթ»: Գրականության հոդվածները վերաբերում են, օրինակ, պատվիրված իլիտ-սմեկտիտ R1-ին: Այս տեսակը ներառված է ISISIS կատեգորիայի մեջ: R0-ը, մյուս կողմից, նկարագրում է պատահական պատվեր: Բացի դրանցից, դուք կարող եք գտնել նաև այլ ընդլայնված պատվիրման տեսակներ (R3 և այլն): Խառը շերտ կավե հանքանյութերը, որոնք R1-ի կատարյալ տեսակներ են, հաճախ ստանում են իրենց անունները: R1 կարգի քլորիտ-սմեկտիտը հայտնի է որպես կորենսիտ, R1՝ իլիտ-սմեկտիտ՝ ռեկտորիտ:

Ուսումնառության պատմություն

Կավի էության իմացությունն ավելի հասկանալի դարձավ1930-ական թվականներին կավի մասնիկների մոլեկուլային բնույթը վերլուծելու համար անհրաժեշտ ռենտգենյան դիֆրակցիոն տեխնոլոգիաների մշակմամբ։ Տերմինաբանության ստանդարտացում ի հայտ եկավ նաև այս ժամանակահատվածում՝ հատուկ ուշադրություն դարձնելով նմանատիպ բառերին, որոնք հանգեցրին շփոթության, ինչպես օրինակ՝ տերև և հարթություն:

Ինչպես բոլոր ֆիլոսիլիկատները, կավե միներալները բնութագրվում են SiO4 անկյունային քառանիստների և/կամ AlO4 ութաեդրների երկչափ թերթերով: Թերթային բլոկները ունեն քիմիական բաղադրություն (Al, Si) 3O4: Սիլիցիումի յուրաքանչյուր քառաեդրոն կիսում է իր գագաթային թթվածնի ատոմներից 3-ը մյուս քառանիստների հետ՝ ձևավորելով վեցանկյուն վանդակավոր երկու չափսերով: Չորրորդ գագաթը կիսված չէ մեկ այլ քառանիստի հետ, և բոլոր քառատետրերը «մատնանշում են» նույն ուղղությամբ: Բոլոր չբաժանված գագաթները թերթի նույն կողմում են:

Կառուցվածք

Կավերում քառանիստ թերթերը միշտ կապված են ութանիստ թիթեղների հետ, որոնք ձևավորվում են փոքր կատիոններից, ինչպիսիք են ալյումինը կամ մագնեզիումը և կոորդինացվում են թթվածնի վեց ատոմներով: Չորսանկյուն թերթիկի միայնակ գագաթը նույնպես կազմում է ութանիստի մի կողմի մի մասը, սակայն թթվածնի լրացուցիչ ատոմը գտնվում է քառանիստ թերթիկի բացվածքի վերևում՝ վեց քառանիստների կենտրոնում: Այս թթվածնի ատոմը կապված է ջրածնի ատոմի հետ, որը կազմում է OH խումբը կավի կառուցվածքում:

Կավերը կարելի է դասակարգել ըստ այն բանի, թե ինչպես են քառանիստ և ութանիստ թերթերը շերտավորվում: Եթե յուրաքանչյուր շերտ ունի միայն մեկ քառանիստ և մեկ ութանիստ խումբ, ապա այն պատկանում է 1:1 կատեգորիային։ Այլընտրանքը, որը հայտնի է որպես 2:1 կավ, ունի երկու քառանիստ թերթդրանցից յուրաքանչյուրի չբաժանված գագաթը՝ ուղղված միմյանց և կազմելով ութանկյուն թերթիկի յուրաքանչյուր կողմը։

Քառանիստ և ութանիստ թիթեղների միջև կապը պահանջում է, որ քառանիստ թերթիկը դառնա ծալքավոր կամ ոլորված՝ առաջացնելով վեցանկյուն մատրիցայի երկանկյուն աղավաղում, իսկ ութանիստ թերթիկը հարթվում է: Սա նվազագույնի է հասցնում բյուրեղի ընդհանուր վալենտական աղավաղումը:

Կախված քառանիստ և ութանիստ թերթերի բաղադրությունից՝ շերտը լիցք չի ունենա կամ կունենա բացասական: Եթե շերտերը լիցքավորված են, ապա այս լիցքը հավասարակշռվում է միջշերտային կատիոններով, ինչպիսիք են Na+ կամ K+։ Յուրաքանչյուր դեպքում միջանկյալ շերտը կարող է պարունակել նաև ջուր: Բյուրեղային կառուցվածքը ձևավորվում է այլ շերտերի միջև տեղակայված շերտերի կույտից:

«Կավի քիմիա»

Քանի որ կավերի մեծ մասը պատրաստված է հանքանյութերից, նրանք ունեն բարձր կենսահամատեղելիություն և հետաքրքիր կենսաբանական հատկություններ: Սկավառակի ձևի և լիցքավորված մակերեսների շնորհիվ կավը փոխազդում է մակրոմոլեկուլների լայն շրջանակի հետ, ինչպիսիք են սպիտակուցները, պոլիմերները, ԴՆԹ-ն և այլն:

Կավի քիմիան քիմիայի կիրառական գիտություն է, որն ուսումնասիրում է կավի քիմիական կառուցվածքները, հատկությունները և ռեակցիաները, ինչպես նաև կավե միներալների կառուցվածքն ու հատկությունները։ Այն միջդիսցիպլինար ոլորտ է, որը ներառում է անօրգանական և կառուցվածքային հասկացություններ և գիտելիքներքիմիա, ֆիզիկական քիմիա, նյութերի քիմիա, անալիտիկ քիմիա, օրգանական քիմիա, հանքաբանություն, երկրաբանություն և այլն։

Կավերի քիմիայի (և ֆիզիկայի) և կավե միներալների կառուցվածքի ուսումնասիրությունը մեծ ակադեմիական և արդյունաբերական նշանակություն ունի, քանի որ դրանք համարվում են որպես հումք օգտագործվող արդյունաբերական հանքանյութերի (կերամիկա և այլն) ամենատարածված օգտագործվողներից մեկը:, կլանիչներ, կատալիզատորներ և այլն։

Գիտության կարևորությունը

Հողի կավե միներալների եզակի հատկությունները, ինչպիսիք են՝ նանոմետրային մասշտաբի շերտավոր կառուցվածքը, ֆիքսված և փոխարինելի լիցքերի առկայությունը, մոլեկուլները կլանելու և պահպանելու (միջամտելու) կարողությունը, կայուն կոլոիդային դիսպերսիաներ ձևավորելու ունակությունը, անհատական մակերևույթի ձևափոխման և միջշերտային քիմիական ձևափոխման հնարավորությունը, իսկ մյուսները դարձնում են կավի քիմիայի ուսումնասիրությունը շատ կարևոր և չափազանց բազմազան ուսումնասիրության ոլորտ:

Գիտելիքների շատ տարբեր ոլորտներ ազդում են կավե օգտակար հանածոների ֆիզիկաքիմիական վարքագծի վրա՝ բնապահպանական գիտություններից մինչև քիմիական ճարտարագիտություն, կերամիկայից մինչև միջուկային թափոնների կառավարում:

Նրանց կատիոնափոխանակման հզորությունը (CEC) մեծ նշանակություն ունի հողում առավել առատ կատիոնների (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) հավասարակշռման և pH-ի վերահսկման համար, որն ուղղակիորեն ազդում է հողի բերրիության վրա: Կավերի (և օգտակար հանածոների) ուսումնասիրությունը նույնպես կարևոր դեր է խաղում Ca2+-ի հետ, որը սովորաբար գալիս է ցամաքից (գետի ջրից) դեպի ծովեր։ Հանքանյութերի կազմը և բովանդակությունը փոփոխելու և վերահսկելու ունակությունը արժեքավոր գործիք է զարգացման գործումընտրովի adsorbents տարբեր կիրառություններով, ինչպիսիք են, օրինակ, քիմիական սենսորների ստեղծումը կամ մաքրող նյութեր աղտոտված ջրի համար: Այս գիտությունը նույնպես հսկայական դեր է խաղում կավի հանքային խմբերի դասակարգման գործում։