Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 40

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 40)

Межплоскостные расстояния включают толщину пакета и меж­пакетный промежуток. Они являются важнейшими диагностическимипризнаками глинистых минералов и используются при определенииминералогического состава почв рентгеноструктурным методом.По характеру кристаллической решетки различают минералы типа1 : 1 (каолинит, галлуазит), 2 : 1 (монтмориллонит, слюды), 2 : 1 : 1(хлориты).Каолинит. В группу каолинита входят минералы: каолинит, диккит,накрити галлуазит.СобственнокаолинитимеетформулуAl4(OH)8[Si4Oi0] и представлен пакетом из октаэдрического и тетраэдрического слоев.

Элементарная ячейка каолинита не симметрична,поскольку одна сторона пакета представлена октаэдрами, а другая —147тетраэдрами. Соответственно одна поверхность пакета образована кис­лородными атомами, а другая — гидроксильными группами. Междупакетами образуется довольно прочная водородная связь, препятст­вующая увеличению межпакетных промежутков. Межплоскостное рас-стояние стабильно и равно 7,14 А (рис.

24).Каолинит не набухает вследствие прочных водородных связеймежду пакетами. Удельная поверхность его невелика и обычно нахо­дится в пределах от 5—7 до 25—30 м2/г. Емкость катионного обмена•соответственно мала и обычно не превышает 10 мг-экв/100 г.Поскольку в пакетах каолинита имеются расположенные на по­верхности гидроксильные группы, то для него характерен отрицатель-Рис. 24. Схема структуры каолинитаРис. 25. Схема структуры монтморилло­нитаный заряд.

Величина заряда непостоянна и зависит от рН среды; приувеличении рН нарастает диссоциация поверхностных групп ОН и от­рицательный заряд увеличивается.Монтмориллонит. Минералы группы монтмориллонита — это трех­слойные алюмосиликаты с решеткой типа 2 : 1 , т. е. они содержат дваслоя (две сетки) кремнекислородных тетраэдров, между которымирасположен октаэдрический слой (рис. 25).

Минералы этой группы на­зывают также смектитами. В зависимости от характера изоморфногозамещения и локализации зарядов различают собственно монтморил­лонит, бейделлит и нонтронит. Последний отличается высокой степеньюизоморфного замещения А1^ на F e ^ . Кроме перечисленных минераловв группу монтмориллонита входят также сапонит, гекторит, соконит имножество разновидностей. Глинистые породы с высоким содержаниеммонтмориллонита называют бентонитами.Общая формула минералов группы монтмориллонита может бытьзаписана как (Са, Mg, Na...) (Al, Mg) 2 (OH) 2 [(Si, Al) 4 Oio]-nH 2 0. Тетраэдрический слой, как указывалось выше, может быть выражен форму­лой Si205 или Si4Oio; в формуле монтмориллонита этот слой записанкак (Si, А1)4Ою.

Это показывает, что часть Si может быть замещенана А1, что характерно для бейделлита. В круглых скобках формулыпоказаны А1 и Mg, находящиеся в центрах октаэдров, а две группыОН находятся в вершинах октаэдров. Катионы Са2+, Mg 2+ , Na+ (и дру148гие) являются обменными катионами, компенсирующими отрицательныйзаряд ячейки. Молекулы НгО, показанные в формуле, находятся в меж­пакетных промежутках.В отличие от каолинита пакет монтмориллонита построен симмет­рично; пакеты обращены друг к другу слоями кислородных атомов.Поэтому здесь не возникают межпакетные водородные связи, как в као­лините, а невысокий отрицательный заряд компенсируется располо­женными в межпакетных промежутках катионами.

Взаимодействиемежду пакетами слабое, и в межпакетные промежутки легко прони­кает вода, вызывая набухание минерала. Кроме воды в межпакетныепромежутки могут проникать и органические соединения. Высказыва­лись, в частности, предположения, что в межпакетные промежуткимонтмориллонита могут проникать гуминовые кислоты и фульвокислоты, закрепляясь там и образуя своеобразную форму глинисто-гуму­совых веществ.Межплоскостные расстояния монтмориллонита зависят от степени•его гидратации или насыщения органическими молекулами. Высушен­ный при 105°С монтмориллонит имеет межплоскостное расстояниеоколо 10 А.

В воздушно-сухом состоянии, когда монтмориллонит со­держит некоторое количество межпакетной воды, величина межплос­костного расстояния составляет от 12,4 до 14 А. После насыщения гли­церином или этиленгликолем это расстояние увеличивается до 17 А.Изменение межплоскостного расстояния в результате сольватациииспользуется для диагностики монтмориллонитовых минералов.Свойства монтмориллонита существенно отличны от свойств као­линита.

Для монтмориллонита характерна высокая удельная поверх­ность — 400—800 м2/г, высокая емкость катионного обмена, достигаю­щая 100 мг-экв/100 г и даже выше; при набухании объем монтморил­лонита увеличивается в 1,5—2,5 раза.Слюды и гидрослюды.

Эти минералы также имеют кристалличе­скую решетку типа 2 : 1, но для них характерен высокий отрицательныйзаряд, возникающий в тетраэдрическом слое за счет замещения Si 4+на А1*\Тетраэдрические слои двух смежных пакетов в слюдах расположе­ны так, что гексагональные кольца двух сеток совмещены, образуягексагональные пустоты, радиус которых близок к радиусу иона К + .В этих пустотах расположены ионы К+, компенсирующие отрицатель­ный заряд пакета. В результате между пакетами возникает весьмапрочная связь, и поэтому слюды отличаются низкой набухаемостью инизкой емкостью поглощения катионов.Собственно слюды относят часто к первичным минералам. Кромених в почвах присутствуют иллиты (или гидрослюды), которые неко­торые авторы относят к вторичным минералам и называют почвеннымислюдами.

В литературе можно встретить и такие случаи, когда термин«иллит» относят только к минералам тонкодисперсных фракций, а тер­мин «гидрослюды» употребляют применительно к крупным фракциям.Иллиты отличаются от мусковита меньшим содержанием К + иболее высоким количеством SiC>2. У иллитов более низкий заряд эле­ментарной ячейки, и решетка у них более подвижна.Слюды и гидрослюды являются главным источником калия в поч­вах.

Теоретическое содержание К + в слюдах равно 9—10%, в иллитахоно составляет 7%, а в иллитовых глинах —5—8%.Вермикулиты. Эта группа минералов, как и иллиты, образуетслюдоподобные слои; они относятся к трехслойным силикатам с типомрешетки 2 : 1 . Заряд элементарной ячейки вермикулитов меньше, чем149у слюд и иллитов, но больше, чем в монтмориллонитах.

Поэтому посвойствам они занимают промежуточное положение между слюдами имонтмориллонитом.Вермикулиты являются магниевыми алюмосиликатами, причеммагний занимает в них октаэдрические позиции. В октаэдрах Mg2*может быть замещен на Fe2*, а в тетраэдрах часть S i ^ замещена наА1*+\ Это отражается следующей общей формулой вермикулитов:(Са, Mg...)(Mg, Fe 2 +) 3 (OH) 2 [Si, А1) 4 О 10 ]-4Н 2 0.Название группы происходит от латинского vermicularis, что озна­чает червеобразный. Это название возникло потому, что при нагрева­нии минерал увеличивается в объеме в 20—30 раз, причем его частичкиудлиняются, червеобразно изгибаются и скручиваются.Хлориты. Эта обширная группа минералов с решеткой типа 2 : 1 : 1 .В хлоритах трехслойные пакеты 2 : 1, подобные слюдам, чередуютсяс добавочным октаэдрическим слоем. Добавочный слой октаэдров,может быть представлен бруситовым слоем Mg(OH) 2 , однако изоморф­ные замещения весьма разнообразны.

Собственно хлориты приуроченыпреимущественно к крупным — пылеватым и песчаным — грануломет­рическим фракциям. Они практически не набухают и имеют неболь­шую емкость катионного обмена.Многие авторы выделяют группу почвенных хлоритов. В отличиеот собственно хлоритов добавочный октаэдрический слой в них несплошной, а представлен отдельными островками или фрагментами.Такую структуру можно считать переходной от 2 : 1 к 2 : 1 : 1.Смешанослойные минералы. Обширную, но очень плохо изученнуюгруппу составляют минералы, структура которых сложена не однотип­ными пакетами, а пакетами, принадлежащими различным индиви­дуальным минералам.

Чередование пакетов может быть упорядочен­ным, когда определенный набор и последовательность пакетов повто­ряются периодически; возможно и неупорядоченное чередование паке­тов, когда последние расположены в случайной последовательности.Диагностика смешанослойных минералов довольно сложна.Методы определения минералогического составатонкодисперсных фракций почвОсновным методом определения состава и содержания глинистыхминералов в почвах является рентгеноструктурный анализ.

Кроме того,используют методы термического анализа, инфракрасной спектроско­пии, электронной микроскопии. Иногда прибегают к специальным прие­мам, используя, например, мессбауэровскую спектроскопию.Рентгеновский анализ (дифрактометрия). В основе метода лежитявление дифракции (отражения) рентгеновских лучей при прохожде­нии их через изучаемый объект. Метод используется, как правило, дляисследования кристаллических объектов, хотя некоторые модификацииметода позволяют получить информацию о строении некристаллических(аморфных) веществ.В кристаллических решетках атомы, молекулы и ионы распола­гаются упорядоченно. В рассмотренной выше структуре каолинита (см.рис. 24) ионы кислорода кремнекислородных тетраэдров образуютплоскость, перпендикулярную плоскости рисунка. Такую же плоскостьони образуют в начале следующего пакета и т.

д. Иными словами, вкристалле каолинита можно провести несколько однотипных плоскос­тей, расположенных на одном и том же расстоянии друг от друга.В данном случае это расстояние равно 7,14 А. Кроме этих плоскостей150можно провести и другие, проходящие через правильно чередующиесясовокупности атомов. При прохождении рентгеновских лучей черезкристаллическую решетку происходит их дифракция на атомах, обра­зующих плоскости.

В результате рентгеновский луч отражается отвсех параллельно расположенных атомных плоскостей. Отраженныеот разных плоскостей лучи образуют параллельный поток лучей, ин­тенсивность которого обусловлена свойствами самого луча и свойства­ми кристалла. На рис. 26 показано, что луч CDL, отраженный от плос­кости NN', проходит больший путь, чем луч ABL, отраженный отплоскости ММ'. Разность хода лучей равна, очевидно, сумме отрезковED + BD, если BE — перпендикуляр к направлению луча CD. Расстоя­ние между NN' и ММ' равно межплоскостному расстоянию и обозна­чено буквой d.Если в точке В оба отраженных луча совпадают по фазе, то ампли­туда колебаний увеличивается, возникает интерференционный макси-с//L\\7,13 А\>Аи /X•м'd*N'D_1__1 I Lji__i_л. 1_28 26 24 22 20 18 16 Ш 12 10 8 6"Рис. 27.

Характеристики

Список файлов книги