Minerali argillosi, struttura e classificazione

I minerali argillosi sono un gruppo eterogeneo di alluminosilicati che costituiscono la maggior parte della famiglia dei silicati e, nello specifico, dei fillosilicati e sono il principale costituente di sedimenti e rocce a grana fine come rocce fangose, scisti, argille, siltiti argillose e argilliti. Ricoprono la maggior parte della superficie terrestre e si trovano in quasi tutte le rocce sedimentarie, nei laghi, estuari e delta dei fiumi e nei sedimenti oceanici.

Si formano nei suoli e nei sedimenti e per alterazione diagenetica e idrotermale delle rocce dovuti a cambiamenti mineralogici, chimici e strutturali, risultanti dall’interazione tra fluidi caldi e aggressivi e le rocce attraverso cui passano.

I minerali argillosi agiscono come spugne chimiche poiché hanno la capacità di trattenere l’acqua e i nutrienti vegetali disciolti erosi da altri minerali a causa della presenza di una carica elettrica sbilanciata sulla loro superficie. La maggior parte delle proprietà chimiche e fisiche del suolo, tra cui la capacità di rigonfiamento, restringimento e la capacità di scambio cationico sono dovute alla presenza di minerali argillosi nel suolo.

Struttura dei minerali argillosi

Contengono biossido di silicio e ossido di alluminio e acqua con quantità variabili di ioni inorganici come Mg2+, Ca2+ e Na+ e sono costituiti da fogli bidimensionali, tetraedrici e ottaedrici.

foglio tetraedrico da Chimicamo
foglio tetraedrico

L’unità base del foglio bidimensionale tetraedrico è costituita da silicio circondato da quattro atomi di ossigeno ed è formato dalla condivisione di tre atomi di ossigeno di ciascun tetraedro con tre tetraedri più vicini.  Il quarto atomo di ossigeno si trova su un altro piano e collega in fogli tetraedrico con quello ottaedrico.

Il foglio tetraedrico ha carica negativa a causa della sostituzione isomorfa dello ione alluminio Al3+  al posto di Si4+ che genera la deficienza di carica.

I principali elementi presenti nei fogli ottaedrici sono Al3+ o Mg2+ circondati da sei atomi di ossigeno o da un gruppo idrossile che danno origine a un blocco ottaedrico.

foglio ottaedrico da Chimicamo
foglio ottaedrico

La differenza nella composizione dei minerali argillosi si verifica quando avviene la sostituzione degli ioni all’interno della struttura del minerale. La sostituzione di Si4+, ​​ Al3+ e Mg2+ avviene con altri cationi con raggio ionico comparabili nei rispettivi fogli tetraedrici e ottaedrici. pertanto, al centro del tetraedro, avviene la sostituzione di Si4+ con Al3+  senza che se modifichi la struttura​​ di base del cristallo. Invece, nell’ottaedro, i cationi Al3+ e Mg2+ sono sostituiti da ioni come Fe2+, Fe3+ e Zn2+.

Questo processo, noto come sostituzione isomorfa, in cui un catione viene sostituito da un altro di dimensioni simili è la causa principale delle cariche sia negative che positive che si trovano nei minerali argillosi.

Classificazione dei minerali argillosi

I minerali argillosi possono essere classificati a seconda del modo in cui i fogli tetraedrici e ottaedrici sono impacchettati in strati. Sono classificati, in base alla struttura cristallografica, in caolinite, smectite, vermiculite, illite e cloriti.

minerali argillosi 2 da Chimicamo
caolinite

La caolinite è costituita da uno strato di silice e uno strato di allumina, ed è pertanto a due strati T-O (tetraedrico-diottaedrico) e ha formula Al2O3 ·2 SiO2 ·2 H2O. A causa della sua struttura presenta, tra gli strati, forti forze di legame e quindi resiste all’espansione quando bagnata.

La caolinite è utilizzata nell’industria delle ceramiche, specialmente nelle porcellane fini, perché può essere facilmente modellata, ha una consistenza fine e si presenta bianca a seguito di cottura ed è utilizzata anche come riempitivo nella fabbricazione della carta.

La smectite, che comprende montmorillonite, beidellite, nantronite, saponite ed ectorite, appartiene ai materiali argillosi a tre strati T-O-T che si formano dall’erosione di suoli, rocce o ceneri vulcaniche. La smectite più comune è la montmorillonite, con una formula chimica generale: (Ca,Na,H)(Al,Mg,Fe,Zn)2(Si, Al)4O10(OH)2-x H2O. La montmorillonite è il minerale più diffuso e fu descritta per la prima volta nel 1847 per il suo rinvenimento a Montmorillon nel dipartimento della Vienne, in Francia.

La presenza di cationi scambiabili nell’interstrato tra le molecole d’acqua provoca l’espansione del reticolo cristallino man mano che il minerale si idrata. Quando l’acqua entra in contatto con la montmorillinite, si espande di molte volte il suo volume originale e pertanto può essere utilizzata come fango di perforazione e per sigillare perdite nel terreno, rocce e dighe.

La vermiculite, appartiene ai materiali argillosi a tre strati T-O-T e fu trovata per la prima volta nel 1824  a Millbury, nel Massachusetts. Ha formula (Mg,Fe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)2 ·4 H2O e  presenta un’elevata capacità di scambio cationico grazie alla sua elevata carica per unità di formula e questo tipo di argilla ha una forte affinità per i cationi debolmente idratati come K+, NH4+ e Cs+ .

Il materiale espanso o sfogliato è a bassa densità, chimicamente inerte e adsorbente, ha ottime proprietà di isolamento termico e acustico, è resistente al fuoco, inodore e, miscelato al terreno, migliora la ritenzione idrica e il rilascio di fertilizzante.

L’illite appartiene ai materiali argillosi a tre strati T-O-T è ha formula (K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2·(H2O) in cui possono essere presenti calcio e magnesio al posto del potassio. È  generata dall’erosione alcalina di rocce ricche di potassio e alluminio e si trova nelle profondità marine. Appartengono a questo gruppo oltre all’illite che è la più frequente, anche la glauconite e la muscovite.

Non è un minerale che tende ad espandersi a causa di cationi di potassio scarsamente idratati o ioni di calcio e magnesio che riempiono lo spazio tra i cristalli delle singole particelle di argilla, impedendo alle molecole d’acqua di entrare nella struttura dell’argilla. L’illite è quindi utilizzata nella produzione di ceramiche, vernici e come riempitivo nell’industria della carta.

Le cloriti appartengono ai materiali argillosi a quattro strati T-O-T-O costituite principalmente da silicati di ferro e magnesio e hanno formula generale (Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2·(Mg,Fe)3(OH)6. Variano di colore dal bianco al nero o al marrone con una sfumatura verde e le loro qualità ottiche sono legate alla loro composizione chimica.

È un minerale argilloso non rigonfiabile, poiché l’acqua non viene adsorbita negli spazi interstrato e ha una capacità di scambio cationico relativamente bassa. Non è un minerale di particolare valore e non ha applicazioni industriali ma è usato come riempitivo

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