Особенности строения и свойства важнейших глинистых минералов.

Особенности строения и свойства важнейших глинистых минералов.

Из известных глинистых минералов наибольший интерес для специалиста по буровым растворам представляет монтмориллонит и палыгорскит и, в меньшей степени, гидрослюды.

Строение кристаллической решетки монтмориллонита

Кристаллическая решетка монтмориллонита состоит из двух наружных слоев кремний-кислородных тетраэдров и среднего слоя алюминий-кислородных октаэдров.

Структурная формула монтмориллонита, отражающая его строение, представлена на рис.2.

Важнейшей особенностью кристаллической решетки монтморил­лонита является замещение некоторой части атомов алюминия в среднем слое атомами магния. В результате такого замещения кристаллическая решетка теряет часть положительного заряда и становится заряженной отрицательно. Когда миллионы лет назад такие отрицательно заряженные частицы попадали в воду рек, озер, морей и океанов, на поверхности частиц немедленно осаждались катионы, присутствовавшие в пресной или морокой воде. Катионы полностью нейтрализовали отрицательный заряд частиц монтмориллонита и сделали глину электрически нейтральной.

Если накопление глины происходило в морских бассейнах, в воде которых много хлористого натрия, то на глинистых час­тицах осаждались преимущественно катионы натрия и других щелочных металлов. Такие монтмориллониты называются натриевыми.

При накоплении глины в пресноводных бассейнах на частицах осаждались преимущественно катионы щелочноземельных металлов: кальция, магния и др. Таив монтмориллониты называются кальци­евыми.

Соответственно глины с преобладанием в составе натриево­го монтмориллонита называются натриевыми бентонитами, в глины о преобладанием кальциевого монтмориллоните - кальциевыми бен­тонитами,

Частица монтмориллонита состоит из повторяющихся много­кратно элементов, и поэтому ее можно рассматривать как природ­ный алюмосиликатный полимер. Химическую формулу монтмориллони­та в несколько идеализированной форме можно записать таким образом

Кристаллы монтмориллонита ограничены с двух сторон граня­ми. Высота элементарного кристалла (расстояние между гранями) очень мала и измеряется ангстремами (1 ангстрем =10^-10м = 100 пикнометров или 1/10000 микрона). В двух других направлениях кристаллики монтмориллонита не име­ют правильных граней, поскольку в этих направлениях кристалли­ческая решетка механически обломана. Длина и ширина кристаллов монтмориллонита не насколько порядков больше их высоты, но и эти размеры, как правило, не превышают 1 микрона (10^-6м). Та­ким образом, кристаллики монтмориллонита имеют анизодиаметрическую форму тонких плоских чешуек.

На обломанных краях кристалликов монтмориллонита оказываются ненасыщенные положительные и отрицательные валентные связи, под влиянием которых чешуйки глины могут притягивать и адсорбировать из растворов как положительные, так и отрицательные ионы.

Особенности строения кристаллической решетки других важнейших глинистых минералов.

Кристаллические решетки других глинистых минералов состоят, в основном, ив тех же структурных элементов: кремний-кислородных тетраэдров и алюминий-кислородных октаэдров. Кристаллическая решетка гидрослюд, подобно решетке монтмориллонита, состоит из двух наружных кремний-кислородных слоев и среднего алюминий-кислородного слоя. Существенной особенностью кристаллической решетки гидрослюд является наличие остаточных ионов калия на плоских гранях кристалликов и меньший по сравнению с монтмориллонитом отрицательный заряд решетки, обусловленный изоморфными замещениями атомов в наружных кремний-кислородных слоях.

Кристаллическая решетка каолинита состоит из двух слоев: кремний-кислородных тетраэдров и слоя алюминий-кислород октаэдров. Ее электрический заряд обусловлен, главным образом,ненасыщенными валентными связями на краях частиц. Кристаллическую решетку палыгорскита можно тоже считать трехслойной. Однако кремний-киолородные тетраэдры в наружных слоях расположены необычно.

В слое чередуются тетраэдры, обращенные вершинами внутрь, у среднему слою, и наружу. Благодаря такому расположению структурных элементов, внутри кристаллической решетки остаются каналы, в которых могут находиться адсорбированные катионы и молекулы гидратационной воды. Отрицательный заряд частиц палыгорскита обусловлен изоморфными замещениями внутри кристаллической решётки

Форма кристалликов палыгорскита не чешуйчатая, как у большинства других глинистых минералов, а игольчатая.

Дата добавления: 2015-07-11