Los minerales de arcilla son hidratados de aluminio filosilicatos , a veces con cantidades variables de hierro , magnesio , metales alcalinos , alcalinotérreos , y otros cationes que se encuentran en o cerca de algunos planetario superficies .
Los minerales arcillosos se forman en presencia de agua [1] y han sido importantes para la vida, y muchas teorías de abiogénesis los involucran. Son componentes importantes de los suelos y han sido útiles para los humanos desde la antigüedad en la agricultura y la manufactura .
Propiedades
Las arcillas forman láminas hexagonales planas similares a las micas . Los minerales arcillosos son productos comunes de intemperismo (incluido el desgaste del feldespato ) y productos de alteración hidrotermal a baja temperatura . Los minerales de arcilla son muy comunes en los suelos, en grano fino rocas sedimentarias , como la pizarra , lutolita y roca sedimentaria y metamórfica de grano fino de pizarra y filita .
Los minerales de arcilla son generalmente (pero no necesariamente) de grano ultrafino (normalmente se considera que tienen un tamaño menor a 2 micrómetros en las clasificaciones de tamaño de partículas estándar) y, por lo tanto, pueden requerir técnicas analíticas especiales para su identificación y estudio. Estos incluyen difracción de rayos X , métodos de difracción de electrones , varios métodos espectroscópicos como la espectroscopia Mössbauer , espectroscopia infrarroja , espectroscopia Raman y SEM - EDS o procesos de mineralogía automatizados . Estos métodos pueden aumentarse mediante microscopía de luz polarizada , una técnica tradicional que establece sucesos fundamentales o relaciones petrológicas.
Ocurrencia
Dado el requerimiento de agua, los minerales de arcilla son relativamente raros en el Sistema Solar , aunque ocurren ampliamente en la Tierra, donde el agua ha interactuado con otros minerales y materia orgánica . Se han detectado minerales arcillosos en varios lugares de Marte , [2] incluidos Echus Chasma , Mawrth Vallis , el cuadrilátero Memnonia y el cuadrilátero Elysium . La espectrografía ha confirmado su presencia en asteroides, incluido el planeta enano Ceres [3] y Tempel 1 , [4] , así como la luna Europa de Júpiter . [5]
Clasificación
Los minerales arcillosos se pueden clasificar en 1: 1 o 2: 1, esto se origina porque están construidos fundamentalmente por láminas de silicato tetraédrico y láminas de hidróxido octaédrico , como se describe en la sección de estructura a continuación. Una arcilla 1: 1 consistiría en una hoja tetraédrica y una hoja octaédrica, y los ejemplos serían la caolinita y la serpentinita . Una arcilla 2: 1 consiste en una lámina octaédrica intercalada entre dos láminas tetraédricas, y algunos ejemplos son el talco , la vermiculita y la montmorillonita .
Los minerales de arcilla incluyen los siguientes grupos:
- Grupo caolín que incluye los minerales caolinita , dickita , halloysita y nacrita ( polimorfos de Al
2Si
2O
5(OH)
4). [6]- Algunas fuentes incluyen el grupo caolinita-serpentina debido a similitudes estructurales. [7]
- Grupo esmectita que incluye esmectitas dioctaédricas, como montmorillonita , nontronita y beidelita, y esmectitas trioctaédricas, como saponita . [6] En 2013, las pruebas analíticas realizadas por el rover Curiosity encontraron resultados consistentes con la presencia de minerales de arcilla esmectita en el planeta Marte . [8] [9] [10]
- Grupo Illite que incluye las arcillas-micas. La illita es el único mineral común. [6]
- El grupo de las cloritas incluye una amplia variedad de minerales similares con una variación química considerable. [6]
- Existen otros tipos de arcilla 2: 1 como la paligorskita (también conocida como atapulgita ) y la sepiolita , arcillas con largos canales de agua internos a su estructura.
Existen variaciones de arcilla de capa azul mixta para la mayoría de los grupos anteriores. El pedido se describe como un pedido aleatorio o regular y se describe además con el término reichweite , que en alemán significa rango o alcance. Los artículos de literatura se referirán a una illita-esmectita ordenada R1, por ejemplo. Este tipo se ordenaría al estilo ISIS. R0, por otro lado, describe la ordenación aleatoria, y también se encuentran otros tipos de ordenación avanzada (R3, etc.). Los minerales de arcilla de capa mixta que son tipos R1 perfectos a menudo tienen sus propios nombres. La clorita-esmectita ordenada R1 se conoce como corrensita, la ilita-esmectita R1 es rectorita. [11]
Historia
La estructura cristalográfica de los minerales de arcilla se entendió mejor en la década de 1930 con los avances en la técnica de difracción de rayos X (XRD) indispensable para descifrar su red cristalina. [7] La estandarización en la terminología también surgió durante este período [7] con especial atención a palabras similares que resultaron en confusión como hoja y plano. [7]
Estructura
Como todos los filosilicatos, los minerales arcillosos se caracterizan por láminas bidimensionales de SiO que comparten esquinas.
4tetraedros y / o AlO
4octaedros. Las unidades de hoja tienen la composición química (Al, Si)
3O
4. Cada tetraedro de sílice comparte 3 de sus átomos de oxígeno de vértice con otros tetraedros formando una matriz hexagonal en dos dimensiones. El cuarto vértice no se comparte con otro tetraedro y todos los tetraedros "apuntan" en la misma dirección; es decir, todos los vértices no compartidos están en el mismo lado de la hoja.
En las arcillas, las láminas tetraédricas siempre están unidas a láminas octaédricas formadas a partir de pequeños cationes, como el aluminio o el magnesio, y coordinadas por seis átomos de oxígeno. El vértice no compartido de la hoja tetraédrica también forma parte de un lado de la hoja octaédrica, pero un átomo de oxígeno adicional se encuentra por encima del espacio en la hoja tetraédrica en el centro de los seis tetraedros. Este átomo de oxígeno está unido a un átomo de hidrógeno formando un grupo OH en la estructura de la arcilla. Las arcillas se pueden clasificar según la forma en que las láminas tetraédricas y octaédricas se empaquetan en capas . Si solo hay un grupo tetraédrico y uno octaédrico en cada capa, la arcilla se conoce como arcilla 1: 1. La alternativa, conocida como arcilla 2: 1, tiene dos láminas tetraédricas con el vértice no compartido de cada lámina apuntando una hacia la otra y formando cada lado de la lámina octaédrica.
La unión entre las láminas tetraédricas y octaédricas requiere que la lámina tetraédrica se corrugue o se retuerza, provocando una distorsión ditrigonal en la matriz hexagonal, y la lámina octaédrica se aplana. Esto minimiza las distorsiones generales de enlace-valencia del cristalito.
Dependiendo de la composición de las hojas tetraédricas y octaédricas, la capa no tendrá carga o tendrá una carga neta negativa. Si las capas están cargadas, esta carga se equilibra con cationes entre capas como Na + o K + . En cada caso, la capa intermedia también puede contener agua. La estructura cristalina se forma a partir de una pila de capas intercaladas con las capas intermedias.
Aplicaciones biomédicas de arcillas
Como la mayoría de las arcillas están hechas de minerales, son altamente biocompatibles y tienen interesantes propiedades biológicas. Debido a las superficies cargadas y en forma de disco, la arcilla interactúa con una variedad de macromoléculas como fármacos, proteínas, polímeros, ADN, etc. Algunas de las aplicaciones de las arcillas incluyen la administración de fármacos, la ingeniería de tejidos y la bioimpresión. [ se necesita más explicación ]
Aplicaciones de mortero
Los minerales de arcilla se pueden incorporar en morteros de cal-metacaolín para mejorar las propiedades mecánicas. [12] La separación electroquímica ayuda a obtener productos modificados que contienen saponita con altas concentraciones de minerales del grupo esmectita, menor tamaño de partículas minerales, estructura más compacta y mayor área de superficie. Estas características abren posibilidades para la fabricación de cerámicas de alta calidad y sorbentes de metales pesados a partir de productos que contienen saponita. [13] Además, el pulido de la cola se produce durante la preparación de la materia prima para la cerámica; este reprocesamiento de residuos es de gran importancia para el uso de pulpa de arcilla como agente neutralizante, ya que se requieren partículas finas para la reacción. Los experimentos de desacidificación de Histosol con la suspensión de arcilla alcalina demostraron que la neutralización con el nivel de pH promedio de 7.1 se alcanza al 30% de la pulpa agregada y un sitio experimental con gramíneas perennes demostró la eficacia de la técnica. Además, la recuperación de tierras perturbadas es parte integral de la responsabilidad social y ambiental de la empresa minera y este escenario aborda las necesidades de la comunidad tanto a nivel local como regional. [14]
Ver también
- Química de la arcilla : las estructuras químicas, las propiedades y las reacciones de los minerales de la arcilla.
- Arcilla expansiva
- Mudstone / arcillas en el planeta Marte
- Cuadrilátero Aeolis : uno de una serie de 30 mapas cuadrangulares de Marte
- Composición de Marte - Rama de la geología de Marte
- Cronología del Laboratorio de Ciencias de Marte
- Meteorización inversa
- La Sociedad de Minerales de Arcilla
- Difracción de rayos X de minerales arcillosos
Referencias
- ^ Kerr PF (1952). "Formación y aparición de minerales arcillosos" . Arcillas y Minerales de Arcilla . 1 (1): 19–32. doi : 10.1346 / CCMN.1952.0010104 .
- ^ Instituto de Tecnología de Georgia (20 de diciembre de 2012). "Arcillas en Marte: más abundantes de lo esperado" . Science Daily . Consultado el 22 de marzo de 2019 .
- ^ Rivkin AS, Volquardsen EL, Clark BE (2006). "La composición superficial de Ceres: descubrimiento de carbonatos y arcillas ricas en hierro" (PDF) . Ícaro . 185 (2): 563–567. doi : 10.1016 / j.icarus.2006.08.022 .
- ^ Napier WM, Wickramasinghe JT, Wickramasinghe NC (2007). "El origen de la vida en los cometas". En t. J. Astrobiol. 6 (4): 321–323. doi : 10.1017 / S1473550407003941 .
- ^ Greicius T (26 de mayo de 2015). "Minerales arcillosos encontrados en la corteza helada de Europa" . NASA .
- ^ a b c d "El grupo de minerales de arcilla" . Galerías Amethyst . 1996. Archivado desde el original el 27 de diciembre de 2005 . Consultado el 22 de febrero de 2007 .
- ^ a b c d Bailey SW (1980). "Resumen de recomendaciones del comité de nomenclatura de AIPEA sobre minerales arcillosos" . Soy. Mineral. 65 : 1-7.
- ^ Agle DC, Brown D (12 de marzo de 2013). "NASA Rover encuentra condiciones una vez adecuadas para la vida antigua en Marte" . NASA . Consultado el 12 de marzo de 2013 .
- ^ Wall M (12 de marzo de 2013). "Marte podría haber alguna vez sustentado la vida: lo que necesita saber" . Space.com . Consultado el 12 de marzo de 2013 .
- ^ Chang K (12 de marzo de 2013). "Marte podría haber sustentado alguna vez la vida, dice la NASA" . The New York Times . Consultado el 12 de marzo de 2013 .
- ^ Moore DM, Reynolds Jr. RC (1997). Difracción de rayos X e identificación y análisis de minerales arcillosos (2ª ed.). Oxford: Prensa de la Universidad de Oxford. ISBN 9780195087130. OCLC 34731820 .
- ^ Andrejkovičová, S .; Velosa, AL; Ferraz, E .; Rocha, F. (2014). "Influencia de la adición de minerales arcillosos en las propiedades mecánicas de los morteros de aire-cal-metacaolín". Materiales de construcción y edificación . 65 : 132-139. doi : 10.1016 / j.conbuildmat.2014.04.118 .
- ^ Chanturiya, VA; Minenko, VG; Makarov, DV (2018). "Técnicas avanzadas de recuperación de saponita del agua de la planta de procesamiento de diamantes y áreas de aplicación de saponita" . Minerales . 8 (12): 549. doi : 10,3390 / min8120549 . Este artículo incorpora texto disponible bajo la licencia CC BY 4.0 .
- ^ Pashkevich, MA; Alekseenko, AV (2020). "Perspectivas de reutilización de relaves de arcilla de diamante en la mina Lomonosov, noroeste de Rusia" . Minerales . 10 (6): 517. doi : 10,3390 / min10060517 . Este artículo incorpora texto disponible bajo la licencia CC BY 4.0 .