თიხის მინერალები: კლასიფიკაცია, შემადგენლობა, თვისებები და გამოყენება

2024 ავტორი: Henry Conors | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-02-12 09:35

თიხის მინერალები არის ალუმინის წყლის ფილოსილიკატები, ზოგჯერ რკინის, მაგნიუმის, ტუტე და ტუტე დედამიწის ლითონების და სხვა კატიონების სხვადასხვა მინარევებით, რომლებიც გვხვდება ზოგიერთ პლანეტის ზედაპირზე ან მის მახლობლად.

ისინი წარმოიქმნება წყლის თანდასწრებით და ოდესღაც მნიშვნელოვანი იყო სიცოცხლის გაჩენისთვის, რის გამოც აბიოგენეზის მრავალი თეორია მათ ამ პროცესში აერთიანებს. ისინი ნიადაგის მნიშვნელოვანი შემადგენელი კომპონენტებია და უძველესი დროიდან ადამიანებისთვის სასარგებლო იყო სოფლის მეურნეობაში და წარმოებაში.

განათლება

თიხა ქმნის ბრტყელ ექვსკუთხა ფურცლებს მიკას მსგავსი. თიხის მინერალები არის ჩვეულებრივი ამინდის პროდუქტები (მათ შორის, ფელდსპარი ამინდი) და ჰიდროთერმული ცვლილების დაბალი ტემპერატურის პროდუქტები. ისინი ძალიან გავრცელებულია ნიადაგებში, წვრილმარცვლოვან დანალექ ქანებში, როგორიცაა ფიქლები, ტალახები და სილაქვები, ასევე წვრილმარცვლოვან მეტამორფულ ფიქალებსა და ფილიტებში.

ფუნქციები

თიხის მინერალები, როგორც წესი, (მაგრამ არა აუცილებლად) ულტრა ზომითაა. ნაწილაკების ზომის სტანდარტულ კლასიფიკაციაში ისინი, როგორც წესი, 2 მიკრომეტრზე ნაკლებს განიხილება, ამიტომ მათი იდენტიფიკაციისა და შესწავლისთვის შესაძლოა საჭირო გახდეს სპეციალური ანალიტიკური ტექნიკა. ეს მოიცავს რენტგენის დიფრაქციას, ელექტრონის დიფრაქციის ტექნიკას, სხვადასხვა სპექტროსკოპიულ მეთოდებს, როგორიცაა Mössbauer სპექტროსკოპია, ინფრაწითელი სპექტროსკოპია, რამანის სპექტროსკოპია და SEM-EDS, ან ავტომატური მინერალოგიის პროცესები. ამ მეთოდებს შეიძლება დაემატოს პოლარიზებული სინათლის მიკროსკოპია, ტრადიციული ტექნიკა, რომელიც ადგენს ფუნდამენტურ ფენომენებს ან პეტროლოგიურ კავშირებს.

დისტრიბუცია

წყლის საჭიროებიდან გამომდინარე, თიხის მინერალები შედარებით იშვიათია მზის სისტემაში, თუმცა ისინი გავრცელებულია დედამიწაზე, სადაც წყალი ურთიერთქმედებს სხვა მინერალებთან და ორგანულ ნივთიერებებთან. ისინი ასევე აღმოაჩინეს მარსის რამდენიმე ადგილას. სპექტროგრაფიამ დაადასტურა მათი არსებობა ასტეროიდებსა და პლანეტოიდებზე, მათ შორის ჯუჯა პლანეტაზე ცერერა და ტემპელი 1 და იუპიტერის მთვარე ევროპა.

კლასიფიკაცია

მთავარი თიხის მინერალები შედის შემდეგ კლასტერებში:

• კაოლინის ჯგუფი, რომელშიც შედის მინერალები კაოლინიტი, დიკიტი, ჰალოიზიტი და ნაკრიტი (Al2Si2O5 (OH) 4-ის პოლიმორფები). ზოგიერთი წყარო მოიცავს კაოლინიტ-სერპენტინის ჯგუფს სტრუქტურული მსგავსების გამო (ბეილი1980).
• სმექტიტების ჯგუფი, რომელიც მოიცავს დიოქტაედრულ სმექტიტებს, როგორიცაა მონტმორილონიტი, ნონტრონიტი და ბეიდელიტი და ტრიოქტაედრული სმექტიტები, როგორიცაა საპონიტი. 2013 წელს, Curiosity rover-ის ანალიტიკურმა ტესტებმა აღმოაჩინეს შედეგები, რომლებიც შეესაბამება სმექტიტის თიხის მინერალების არსებობას პლანეტა მარსზე.
• ილიტის ჯგუფი, რომელიც მოიცავს თიხის მიკას. ილიტი ერთადერთი გავრცელებული მინერალია ამ ჯგუფში.
• ქლორიტის ჯგუფი მოიცავს მსგავსი მინერალების ფართო სპექტრს მნიშვნელოვანი ქიმიური ცვალებადობით.

სხვა სახეობები

არსებობს ამ მინერალების სხვა სახეობები, როგორიცაა სეპიოლიტი ან ატაპულგიტი, თიხები გრძელი წყლის არხებით შიდა სტრუქტურაში. შერეული ფენის თიხის ვარიაციები აქტუალურია ზემოხსენებული ჯგუფების უმეტესობისთვის. შეკვეთა აღწერილია, როგორც შემთხვევითი ან რეგულარული შეკვეთა და შემდგომში აღწერილია ტერმინით "Reichweit", რაც გერმანულად ნიშნავს "დიაპაზონს" ან "დაფარვას". ლიტერატურული სტატიები ეხება, მაგალითად, მოწესრიგებულ ილიტ-სმექტიტს R1. ეს ტიპი შედის ISISIS-ის კატეგორიაში. მეორეს მხრივ, R0 აღწერს შემთხვევით შეკვეთას. გარდა ამისა, თქვენ ასევე შეგიძლიათ იპოვოთ სხვა გაფართოებული შეკვეთის ტიპები (R3 და ა.შ.). შერეული ფენის თიხის მინერალები, რომლებიც R1-ის შესანიშნავი ტიპებია, ხშირად იღებენ საკუთარ სახელებს. R1 რიგის ქლორიტ-სმექტიტი ცნობილია როგორც კორენზიტი, R1 - ილიტ-სმექტიტი - რექტორიტი.

სწავლის ისტორია

თიხის ბუნების ცოდნა უფრო გასაგები გახდა1930-იან წლებში რენტგენის დიფრაქციული ტექნოლოგიების შემუშავებით, რომელიც საჭირო იყო თიხის ნაწილაკების მოლეკულური ბუნების გასაანალიზებლად. ამ პერიოდში გაჩნდა ტერმინოლოგიის სტანდარტიზაციაც, განსაკუთრებული ყურადღების მიქცევით მსგავს სიტყვებზე, რამაც გამოიწვია დაბნეულობა, როგორიცაა ფოთოლი და თვითმფრინავი.

როგორც ყველა ფილოსილიკატი, თიხის მინერალებსაც ახასიათებთ SiO4 კუთხის ტეტრაჰედრების და/ან AlO4 რვაედრების ორგანზომილებიანი ფურცლები. ფურცლის ბლოკებს აქვს ქიმიური შემადგენლობა (Al, Si) 3O4. თითოეული სილიციუმის ტეტრაედონი იზიარებს 3 წვერის ჟანგბადის ატომს სხვა ტეტრაედრებთან, რაც ქმნის ექვსკუთხა გისოსს ორ განზომილებაში. მეოთხე წვერო არ არის გაზიარებული სხვა ტეტრაედრონთან და ყველა ტეტრაჰედრა „მიუთითებს“ერთი მიმართულებით. ყველა განუყოფელი წვერო ფურცლის ერთ მხარესაა.

სტრუქტურა

თიხებში, ტეტრაედრული ფურცლები ყოველთვის მიბმულია რვაწახნაგა ფურცლებზე, წარმოიქმნება მცირე კათიონებისგან, როგორიცაა ალუმინი ან მაგნიუმი და კოორდინირებულია ჟანგბადის ექვსი ატომით. ტეტრაედრული ფურცლის მარტოხელა წვერო ასევე წარმოადგენს რვაედრის ერთი მხარის ნაწილს, მაგრამ დამატებითი ჟანგბადის ატომი მდებარეობს ტეტრაედრული ფურცლის უფსკრულის ზემოთ ექვსი ტეტრაჰედრის ცენტრში. ეს ჟანგბადის ატომი უკავშირდება წყალბადის ატომს, რომელიც ქმნის OH ჯგუფს თიხის სტრუქტურაში.

თიხა შეიძლება დაიყოს იმის მიხედვით, თუ როგორ არის შეფუთული ოთხკუთხედი და რვაწახნაგოვანი ფურცლები ფენებად. თუ თითოეულ ფენას აქვს მხოლოდ ერთი ოთხკუთხა და ერთი რვაწახნაგოვანი ჯგუფი, მაშინ ის მიეკუთვნება 1:1 კატეგორიას. ალტერნატივას, რომელიც ცნობილია როგორც 2:1 თიხა, აქვს ორი ოთხკუთხა ფურცელითითოეული მათგანის განუყოფელი წვერო, რომელიც მიმართულია ერთმანეთისკენ და ქმნის რვაკუთხა ფურცლის თითოეულ მხარეს.

ტეტრაედრულ და რვაწახნაგა ფურცლებს შორის კავშირი მოითხოვს ტეტრაედრული ფურცლის გოფრირებას ან გადახვევას, რაც იწვევს ექვსკუთხა მატრიცის დიტრიგონალურ დამახინჯებას და რვაკუთხა ფურცლის გაბრტყელებას. ეს ამცირებს კრისტალიტის საერთო ვალენტურ დამახინჯებას.

ტეტრაედრული და რვაწახნაგოვანი ფურცლების შემადგენლობიდან გამომდინარე, ფენას არ ექნება მუხტი ან ექნება უარყოფითი. თუ ფენები დამუხტულია, ეს მუხტი დაბალანსებულია შუალედური კათიონებით, როგორიცაა Na+ ან K+. ყოველ შემთხვევაში, შუალედური ფენა შეიძლება შეიცავდეს წყალსაც. კრისტალური სტრუქტურა იქმნება სხვა ფენებს შორის განლაგებული ფენების დაწყობისგან.

თიხის ქიმია

იმის გამო, რომ თიხის უმეტესობა დამზადებულია მინერალებისგან, მათ აქვთ მაღალი ბიოთავსებადობა და საინტერესო ბიოლოგიური თვისებები. დისკის ფორმისა და დატვირთული ზედაპირის გამო, თიხა ურთიერთქმედებს მაკრომოლეკულების ფართო სპექტრთან, როგორიცაა ცილები, პოლიმერები, დნმ და ა.შ.

თიხის ქიმია არის ქიმიის გამოყენებითი დისციპლინა, რომელიც შეისწავლის თიხის ქიმიურ სტრუქტურებს, თვისებებსა და რეაქციებს, აგრეთვე თიხის მინერალების სტრუქტურასა და თვისებებს. ეს არის ინტერდისციპლინარული სფერო, რომელიც აერთიანებს კონცეფციებს და ცოდნას არაორგანული და სტრუქტურულიდან.ქიმია, ფიზიკური ქიმია, მასალების ქიმია, ანალიტიკური ქიმია, ორგანული ქიმია, მინერალოგია, გეოლოგია და სხვა.

თიხის ქიმიის (და ფიზიკის) და თიხის წიაღისეულის სტრუქტურის შესწავლას დიდი აკადემიური და სამრეწველო მნიშვნელობა აქვს, რადგან ისინი ნედლეულად გამოყენებული სამრეწველო მინერალებს შორის ყველაზე ფართოდ გამოიყენება (კერამიკა და ა.შ.), ადსორბენტები, კატალიზატორები და ა.შ.

მეცნიერების მნიშვნელობა

ნიადაგის თიხის მინერალების უნიკალური თვისებები, როგორიცაა ნანომეტრის მასშტაბის ფენოვანი სტრუქტურა, ფიქსირებული და ურთიერთშემცვლელი მუხტების არსებობა, მოლეკულების ადსორბციის და შენარჩუნების (ინტერკალაციის) უნარი, სტაბილური კოლოიდური დისპერსიების წარმოქმნის უნარი, ინდივიდუალური ზედაპირის მოდიფიკაციისა და შუალედური ქიმიური მოდიფიკაციის შესაძლებლობა და სხვები თვლიან, რომ თიხის ქიმიის შესწავლა არის ძალიან მნიშვნელოვანი და ძალიან მრავალფეროვანი კვლევის სფერო.

ცოდნის მრავალი განსხვავებული სფერო გავლენას ახდენს თიხის მინერალების ფიზიკურ-ქიმიურ ქცევაზე, გარემოსდაცვითი მეცნიერებებიდან ქიმიურ ინჟინერიამდე, კერამიკიდან ბირთვული ნარჩენების მართვამდე.

მათი კათიონგაცვლის სიმძლავრე (CEC) დიდი მნიშვნელობა აქვს ნიადაგში ყველაზე უხვი კათიონების (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) დაბალანსებას და pH-ის კონტროლს, რაც პირდაპირ გავლენას ახდენს ნიადაგის ნაყოფიერებაზე. თიხების (და მინერალების) შესწავლა ასევე მნიშვნელოვან როლს ასრულებს Ca2+-თან გამკლავებაში, რომელიც ჩვეულებრივ ხმელეთიდან (მდინარის წყლებიდან) ზღვებამდე მოდის. მინერალების შემადგენლობისა და შემცველობის შეცვლისა და კონტროლის უნარი განვითარების ღირებულ ინსტრუმენტს გვთავაზობსშერჩევითი ადსორბენტები სხვადასხვა აპლიკაციით, როგორიცაა, მაგალითად, ქიმიური სენსორების ან დაბინძურებული წყლის გამწმენდი საშუალებების შექმნა. ეს მეცნიერება ასევე დიდ როლს თამაშობს თიხის მინერალური ჯგუფების კლასიფიკაციაში.