Tonmineralien: Klassifizierung, Zusammensetzung, Eigenschaften und Anwendungen

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-02-12 05:33

Tonmineralien sind wässrige Aluminiumschichtsilikate, manchmal mit verschiedenen Verunreinigungen von Eisen, Magnesium, Alkali- und Erdalkalimetallen und anderen Kationen, die auf oder in der Nähe einiger Planetenoberflächen gefunden werden.

Sie bilden sich in Gegenwart von Wasser und waren einst wichtig für die Entstehung des Lebens, weshalb viele Theorien zur Abiogenese sie in diesen Prozess einbeziehen. Sie sind wichtige Bestandteile des Bodens und haben den Menschen seit der Antike in der Landwirtschaft und Verarbeitung geholfen.

Bildung

Ton bildet flache sechseckige Schichten ähnlich wie Glimmer. Tonminerale sind übliche Verwitterungsprodukte (einschließlich Feldspatverwitterung) und Niedertemperaturprodukte der hydrothermalen Veränderung. Sie kommen sehr häufig in Böden, in feinkörnigen Sedimentgesteinen wie Ton-, Ton- und Schluffsteinen sowie in feinkörnigen metamorphen Tonsteinen und Phylliten vor.

Funktionen

Tonminerale sind typischerweise (aber nicht notwendigerweise) ultrafein. Sie werden im Allgemeinen als kleiner als 2 Mikrometer in der Standard-Partikelgrößenklassifizierung angesehen, so dass spezielle Analysetechniken erforderlich sein können, um sie zu identifizieren und zu untersuchen. Dazu gehören Röntgenbeugung, Elektronenbeugungstechniken, verschiedene spektroskopische Methoden wie Mössbauer-Spektroskopie, Infrarot-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie und SEM-EDS oder automatisierte Mineralogie-Verfahren. Diese Methoden können durch Mikroskopie mit polarisiertem Licht ergänzt werden, eine traditionelle Technik, die grundlegende Phänomene oder petrologische Zusammenhänge aufzeigt.

Verteilung

Aufgrund des Bedarfs an Wasser sind Tonminerale im Sonnensystem relativ selten, obwohl sie auf der Erde weit verbreitet sind, wo Wasser mit anderen Mineralien und organischen Stoffen interagiert. Sie wurden auch an mehreren Orten auf dem Mars gefunden. Die Spektrographie hat ihre Präsenz auf Asteroiden und Planetoiden bestätigt, darunter die Zwergplaneten Ceres und Tempel 1 sowie der Jupitermond Europa.

Klassifizierung

Haupttonminerale sind in den folgenden Clustern enth alten:

• Kaoline-Gruppe, die die Mineralien Kaolinit, Dickit, Halloysit und Nakrit (Polymorphe von Al2Si2O5 (OH) 4) umfasst. Einige Quellen umfassen die Kaolinit-Serpentin-Gruppe aufgrund struktureller Ähnlichkeit (Bailey1980).
• Smektit-Gruppe, die dioktaedrische Smektite wie Montmorillonit, Nontronit und Beidellit und trioktaedrische Smektite wie Saponit umfasst. Im Jahr 2013 ergaben analytische Tests des Rovers Curiosity Ergebnisse, die mit dem Vorhandensein von Smektit-Tonmineralien auf dem Planeten Mars übereinstimmen.
• Illite-Gruppe, zu der Tonglimmer gehören. Illit ist das einzige häufig vorkommende Mineral in dieser Gruppe.
• Die Chloritgruppe umfasst eine breite Palette ähnlicher Mineralien mit erheblichen chemischen Variationen.

Andere Arten

Es gibt andere Arten dieser Mineralien wie Sepiolith oder Attapulgit, Tone mit langen Wasserkanälen in der Struktur. Mischschichttonvarianten sind für die meisten der oben genannten Gruppen relevant. Das Ordnen wird als zufälliges oder regelmäßiges Ordnen bezeichnet und wird durch den Begriff "Reichweit" weiter beschrieben, was auf Deutsch "Reichweite" oder "Abdeckung" bedeutet. Literaturartikel beziehen sich beispielsweise auf geordnetes Illit-Smektit R1. Dieser Typ ist in der ISISIS-Kategorie enth alten. R0 hingegen beschreibt eine zufällige Reihenfolge. Zusätzlich zu diesen finden Sie auch andere erweiterte Bestelltypen (R3 usw.). Mischschicht-Tonmineralien, die perfekte Typen von R1 sind, bekommen oft ihre eigenen Namen. R1-geordneter Chlorit-Smektit ist als Corrensit bekannt, R1 - Illit-Smektit - Rektorit.

Studiengeschichte

Das Wissen um die Natur des Tons wurde verständlicherin den 1930er Jahren mit der Entwicklung von Röntgenbeugungstechnologien, die zur Analyse der molekularen Natur von Tonpartikeln erforderlich waren. In dieser Zeit entstand auch eine Standardisierung der Terminologie, mit besonderem Augenmerk auf ähnlichen Wörtern, die zu Verwirrung führten, wie z. B. Blatt und Ebene.

Tonminerale sind wie alle Schichtsilikate durch zweidimensionale Schichten aus SiO4-Ecktetraedern und/oder AlO4-Oktaedern gekennzeichnet. Blechblöcke haben eine chemische Zusammensetzung (Al, Si) 3O4. Jeder Siliziumtetraeder teilt 3 seiner Eckpunktsauerstoffatome mit anderen Tetraedern und bildet ein hexagonales Gitter in zwei Dimensionen. Der vierte Eckpunkt wird nicht mit einem anderen Tetraeder geteilt, und alle Tetraeder "zeigen" in die gleiche Richtung. Alle ungeteilten Eckpunkte befinden sich auf derselben Seite des Blattes.

Struktur

In Tonen sind Tetraederblätter immer mit Oktaederblättern verbunden, die aus kleinen Kationen wie Aluminium oder Magnesium gebildet und von sechs Sauerstoffatomen koordiniert werden. Der einsame Scheitel des Tetraederblatts bildet ebenfalls einen Teil einer Seite des Oktaeders, aber das zusätzliche Sauerstoffatom befindet sich über der Lücke im Tetraederblatt in der Mitte der sechs Tetraeder. Dieses Sauerstoffatom ist an das Wasserstoffatom gebunden, das die OH-Gruppe in der Tonstruktur bildet.

Tone können danach kategorisiert werden, wie die tetraedrischen und oktaedrischen Schichten in Schichten gepackt sind. Wenn jede Schicht nur eine tetraedrische und eine oktaedrische Gruppe hat, dann gehört sie zur 1:1-Kategorie. Eine als 2:1-Ton bekannte Alternative hat zwei tetraedrische Schichten mitdie ungeteilten Scheitel von jedem von ihnen sind aufeinander gerichtet und bilden jede Seite des achteckigen Blattes.

Die Verbindung zwischen den tetraedrischen und oktaedrischen Blättern erfordert, dass das tetraedrische Blatt gewellt oder verdreht wird, was zu einer ditrigonalen Verzerrung der hexagonalen Matrix führt, und das oktaedrische Blatt flacht ab. Dies minimiert die Gesamtvalenzverzerrung des Kristallits.

Je nach Zusammensetzung der Tetraeder- und Oktaederblätter ist die Schicht leer oder negativ geladen. Sind die Schichten geladen, wird diese Ladung durch Zwischenschichtkationen wie Na+ oder K+ ausgeglichen. In jedem Fall kann die Zwischenschicht auch Wasser enth alten. Die Kristallstruktur wird aus einem Stapel von Schichten gebildet, die sich zwischen anderen Schichten befinden.

Tonchemie

Da die meisten Tone aus Mineralien hergestellt werden, haben sie eine hohe Biokompatibilität und interessante biologische Eigenschaften. Aufgrund seiner Scheibenform und geladenen Oberflächen interagiert der Ton mit einer Vielzahl von Makromolekülen wie Proteinen, Polymeren, DNA usw. Einige der Anwendungen für Ton umfassen die Arzneimittelabgabe, Gewebezüchtung und Bioprinting.

Tonchemie ist eine angewandte Disziplin der Chemie, die die chemischen Strukturen, Eigenschaften und Reaktionen von Ton sowie die Struktur und Eigenschaften von Tonmineralien untersucht. Es ist ein interdisziplinäres Gebiet, das Konzepte und Wissen aus dem Anorganischen und dem Strukturellen einbeziehtChemie, Physikalische Chemie, Materialchemie, Analytische Chemie, Organische Chemie, Mineralogie, Geologie und andere.

Das Studium der Chemie (und Physik) von Tonen und der Struktur von Tonmineralien ist von großer akademischer und industrieller Bedeutung, da sie zu den am häufigsten verwendeten Industriemineralien gehören, die als Rohstoffe (Keramik usw.) verwendet werden., Adsorptionsmittel, Katalysatoren etc.

Die Bedeutung der Wissenschaft

Die einzigartigen Eigenschaften von Tonmineralien im Boden, wie die Schichtstruktur im Nanometerbereich, das Vorhandensein fester und austauschbarer Ladungen, die Fähigkeit, Moleküle zu adsorbieren und zurückzuh alten (interkalieren), die Fähigkeit, stabile kolloidale Dispersionen zu bilden, die Möglichkeit der individuellen Oberflächenmodifikation und der chemischen Modifikation von Zwischenschichten und andere machen das Studium der Tonchemie zu einem sehr wichtigen und äußerst vielfältigen Studiengebiet.

Vom physikalisch-chemischen Verh alten von Tonmineralen werden viele verschiedene Wissensgebiete beeinflusst, von Umweltwissenschaften bis Chemieingenieurwesen, von Keramik bis zur nuklearen Entsorgung.

Ihre Kationenaustauschkapazität (CEC) ist von großer Bedeutung für das Gleichgewicht der am häufigsten vorkommenden Kationen im Boden (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) und die pH-Kontrolle, was sich direkt auf die Bodenfruchtbarkeit auswirkt. Die Untersuchung von Tonen (und Mineralien) spielt auch eine wichtige Rolle im Umgang mit Ca2+, das normalerweise vom Land (Flusswasser) in die Meere gelangt. Die Fähigkeit, die Zusammensetzung und den Geh alt von Mineralien zu modifizieren und zu kontrollieren, bietet ein wertvolles Werkzeug in der EntwicklungSelektive Adsorptionsmittel mit vielfältigen Anwendungen, wie zum Beispiel die Herstellung chemischer Sensoren oder Reinigungsmittel für verunreinigtes Wasser. Diese Wissenschaft spielt auch eine große Rolle bei der Klassifizierung von Tonmineralgruppen.