Difracción de rayos X de minerales arcillosos
Los minerales arcillosos son uno de los minerales más diversos, pero todos tienen una característica común de tamaños de cristales o granos por debajo de 2 μm. Químicamente, las arcillas se definen por la estructura cristalina y la composición química. A veces, los sedimentos de grano fino se describen erróneamente como arcillas; en realidad, esto es una descripción de la "fracción del tamaño de la arcilla" en lugar de la mineralogía del sedimento. Hay tres grupos de arcillas cristalográficas: arcillas laminares ( filosilicatos ), minerales arcillosos fibrosos y arcillas amorfas . Los filosilicatos son las arcillas más abundantes y se clasifican en función de las capas de una capa tetraédrica y una octaédrica . Para la mayoría de las arcillas, la capa octaédrica está centrada con Al3+ , Fe 3+ o Mg (OH) 2 , pero a veces Zn 2+ , Li + y Cr 3+ también pueden sustituir. Si 4+ es normalmente el centro de la capa tetraédrica, pero Al 3+ sustituirá a menudo parcialmente y creará un desequilibrio de carga. Las arcillas de dos capas se componen de una capa tetraédrica y una capa octaédrica (TO), mientras que las arcillas de tres capas contienen una capa octaédrica intercalada por dos capas tetraédricas (TOT). Cuando se sustituye Al 3+ por Si 4+crea un desequilibrio de carga, un catión entre capas se rellenará entre las capas tetraédricas para equilibrar la carga de la arcilla. [1]
Por lo general, la difracción de rayos X en polvo (XRD) es un promedio de microcristales orientados al azar que deberían representar igualmente toda la orientación del cristal si está presente una muestra lo suficientemente grande. Los rayos X se dirigen a la muestra mientras se giran lentamente, lo que produce un patrón de difracciónque muestran la intensidad de los rayos X recogidos en diferentes ángulos. Las muestras de DRX orientadas al azar no son tan útiles para los minerales arcillosos porque las arcillas suelen tener dimensiones X e Y similares. La dimensión Z difiere de la arcilla a la arcilla y es más diagnóstica porque la dimensión Z representa la altura de la capa tetraédrica-octaédrica (TO) o tetraédrica-octaédrica-tetraédrica (TOT). La dimensión Z puede aumentar o disminuir debido a la sustitución del catión central en las capas tetraédrica y octaédrica. La presencia y el tamaño de un catión de equilibrio de carga en la capa intermedia de arcillas TOT también afectarán la dimensión Z. Debido a esto, los minerales de arcilla se identifican típicamente preparando muestras para que estén orientadas para aumentar la reflexión basal (00 l ). [2]Posiciones D se calculan utilizando la ley de Bragg , pero porque el análisis mineral de arcilla es unidimensional, l pueden sustituir n, por lo que la ecuación l λ = 2d pecado Θ. Al medir la difracción de rayos X de las arcillas, d es constante y λ es la longitud de onda conocida de la fuente de rayos X, por lo que la distancia de un pico de 00 l a otro es igual. [2]
Los reflejos basales dan un espaciamiento d de la capa basal que representa el grosor de las capas de silicato y la celda unitaria a menudo contiene múltiples capas. [1] Los picos de minerales de arcilla generalmente se pueden distinguir por el ancho a la mitad del pico (es decir, el ancho completo a la mitad del máximo, FWHM). Los minerales cristalinos bien definidos tienen picos afilados, mientras que las arcillas, que van de cristalinas a no cristalinas, producen picos anchos con un ancho notable en ambos lados. Estos picos anchos facilitan la identificación de los picos a los que contribuyen las arcillas. Estos picos se pueden comparar con patrones de difracción conocidos para una mejor identificación, pero si algunos picos son más anchos que otros, es probable que estén presentes múltiples arcillas. [2] The Clay Mineral Societymantiene una colección de arcillas con el fin de compararlas con arcillas desconocidas. Debido a que la mayoría de las arcillas disponibles de Clay Mineral Society se forman de forma natural, pueden contener otros minerales además de la arcilla deseada. [3] Los patrones de difracción calculados utilizando métodos teóricos generalmente no coinciden con los patrones de difracción experimentales, por lo que es preferible utilizar patrones de difracción de muestras conocidas para ayudar a identificar una arcilla al cálculo. Algunos minerales pueden eliminarse de la identificación utilizando información de antecedentes o análisis previos. [1]
