Madini ya udongo: uainishaji, muundo, sifa na matumizi

2024 Mwandishi: Henry Conors | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-02-12 13:08

Madini ya udongo ni alumini phyllosilicates yenye maji, ambayo wakati mwingine huwa na uchafu mbalimbali wa chuma, magnesiamu, alkali na madini ya alkali ya ardhini, na mipasuko mingine inayopatikana kwenye au karibu na baadhi ya nyuso za sayari.

Zinaundwa katika uwepo wa maji, na hapo awali zilikuwa muhimu kwa kuibuka kwa maisha, ndiyo maana nadharia nyingi za abiogenesis zinajumuisha katika mchakato huu. Ni viambajengo muhimu vya udongo na vimekuwa na manufaa kwa binadamu tangu zamani katika kilimo na utengenezaji.

Elimu

Udongo huunda laha bapa ya hexagonal sawa na micas. Madini ya udongo ni bidhaa za kawaida za hali ya hewa (ikiwa ni pamoja na hali ya hewa ya feldspar) na bidhaa za joto la chini za mabadiliko ya hidrothermal. Hupatikana sana kwenye udongo, kwenye miamba ya mchanga iliyo na chembe laini kama vile shale, mawe ya tope na siltstones, na vile vile katika shale za metamorphic na fillites.

Vipengele

Madini ya udongo kwa kawaida (lakini si lazima) yana saizi ya juu kabisa. Kwa ujumla huchukuliwa kuwa chini ya mikromita 2 katika uainishaji wa ukubwa wa chembe wastani, kwa hivyo mbinu maalum za uchanganuzi zinaweza kuhitajika ili kuzitambua na kuzisoma. Hizi ni pamoja na mtengano wa X-ray, mbinu za utenganishaji wa elektroni, mbinu mbalimbali za angalizo kama vile uchunguzi wa macho wa Mössbauer, taswira ya infrared, uchunguzi wa Raman na SEM-EDS, au michakato ya kiotomatiki ya madini. Mbinu hizi zinaweza kuongezwa kwa hadubini ya nuru ya polarized, mbinu ya kitamaduni ambayo huanzisha matukio ya kimsingi au uhusiano wa kidunia.

Usambazaji

Kutokana na hitaji la maji, madini ya udongo ni nadra sana katika mfumo wa jua, ingawa yameenea duniani, ambapo maji huingiliana na madini mengine na viumbe hai. Pia wamepatikana katika maeneo kadhaa kwenye Mirihi. Spectrography imethibitisha uwepo wao kwenye asteroids na planetoids, ikiwa ni pamoja na sayari ndogo ya Ceres na Tempel 1, na Jupiter's moon Europa.

Ainisho

Madini kuu ya udongo yamejumuishwa katika makundi yafuatayo:

• Kikundi cha Kaoline, kinachojumuisha madini ya kaolinite, dickite, halloysite na nakrite (polymorphs of Al2Si2O5 (OH) 4). Baadhi ya vyanzo ni pamoja na kundi la kaolinite-serpentine kutokana na mfanano wa kimuundo (Bailey1980).
• Kikundi cha Smectite, kinachojumuisha smectites za dioctahedral kama vile montmorillonite, nontronite na beidellite na smectites za trioctahedral kama vile saponite. Mnamo mwaka wa 2013, majaribio ya uchanganuzi ya shirika la Curiosity rover yalipata matokeo yanayolingana na kuwepo kwa madini ya udongo wa smectite kwenye sayari ya Mars.
• Kikundi kisichosoma, kinachojumuisha mica ya udongo. Wasiojua kusoma ndio madini pekee ya kawaida katika kundi hili.
• Kikundi cha kloriti kinajumuisha aina mbalimbali za madini sawa na tofauti kubwa za kemikali.

Aina nyingine

Kuna aina nyingine za madini haya kama vile sepiolite au attapulgite, udongo wenye njia ndefu za maji ndani katika muundo. Tofauti za udongo wa safu mseto zinafaa kwa vikundi vingi vilivyotajwa hapo juu. Uagizaji unafafanuliwa kama uagizaji wa nasibu au wa kawaida na unafafanuliwa zaidi na neno "Reichweit", ambalo linamaanisha "masafa" au "ufunikaji" kwa Kijerumani. Nakala za fasihi hurejelea, kwa mfano, kwa mtu asiyejua kusoma na kuandika R1. Aina hii imejumuishwa katika kitengo cha ISISIS. R0, kwa upande mwingine, inaelezea kuagiza bila mpangilio. Mbali na haya, unaweza pia kupata aina nyingine za kuagiza zilizopanuliwa (R3, nk). Madini ya udongo wa safu ya mchanganyiko, ambayo ni aina kamili ya R1, mara nyingi hupata majina yao wenyewe. Kloridi-smectite iliyoagizwa kwa R1 inajulikana kama corrensite, R1 - illite-smectite - rectorite.

Historia ya masomo

Ujuzi wa asili ya udongo, ukawa unaeleweka zaidikatika miaka ya 1930 na maendeleo ya teknolojia ya diffraction ya X-ray zinazohitajika kuchambua asili ya molekuli ya chembe za udongo. Usanifishaji wa istilahi uliibuka katika kipindi hiki pia, kwa umakini mkubwa kwa maneno sawa na ambayo yalisababisha mkanganyiko kama vile jani na ndege.

Kama filosilicates zote, madini ya udongo yana sifa ya karatasi zenye pande mbili za tetrahedra ya kona ya SiO4 na/au AlO4 octahedra. Vitalu vya karatasi vina muundo wa kemikali (Al, Si) 3O4. Kila tetrahedron ya silikoni hushiriki atomi zake 3 za oksijeni za kipeo chake na tetrahedra nyingine, na kutengeneza kimiani cha hexagonal katika vipimo viwili. Vertex ya nne haijashirikiwa na tetrahedron nyingine, na tetrahedra zote "uhakika" katika mwelekeo huo huo. Wima zote zisizogawanywa ziko upande mmoja wa laha.

Muundo

Katika udongo, karatasi za tetrahedral huunganishwa kila mara kwa karatasi za oktahedral, zinazoundwa kutoka kwa mikondo midogo kama vile alumini au magnesiamu, na kuratibiwa na atomi sita za oksijeni. Kipeo cha pekee cha karatasi ya tetrahedral pia ni sehemu ya upande mmoja wa oktahedral, lakini atomi ya ziada ya oksijeni iko juu ya pengo la karatasi ya tetrahedral katikati ya tetrahedra sita. Atomu hii ya oksijeni inaunganishwa kwa atomi ya hidrojeni inayounda kundi la OH katika muundo wa udongo.

Udongo unaweza kuainishwa kulingana na jinsi karatasi za eneo la kati na octahedral zinavyopakiwa katika tabaka. Ikiwa kila safu ina tetrahedral moja tu na kundi moja la octahedral, basi ni ya jamii ya 1: 1. Njia mbadala inayojulikana kama udongo wa 2:1 ina karatasi mbili za tetrahedral nakipeo kisichogawanywa cha kila mmoja wao, kilichoelekezwa kwa kila kimoja na kuunda kila upande wa karatasi ya octagonal.

Muunganisho kati ya karatasi ya tetrahedral na octahedral inahitaji laha ya tetrahedral kuwa na bati au kupinda, na kusababisha upotoshaji wa pembetatu wa tumbo la pembetatu, na laha ya oktahedral kubapa. Hii inapunguza upotoshaji wa jumla wa valence wa fuwele.

Kulingana na muundo wa karatasi za tetrahedral na octahedral, safu hiyo haitakuwa na malipo au itakuwa na hasi. Ikiwa safu zimechajiwa, malipo haya yanasawazishwa na mikondo ya safu kama vile Na+ au K+. Katika kila kesi, safu ya kati inaweza pia kuwa na maji. Muundo wa fuwele huundwa kutoka kwa rundo la tabaka lililo kati ya tabaka zingine.

Kemia ya udongo

Kwa sababu udongo mwingi umetengenezwa kutokana na madini, una utangamano wa juu wa kibiolojia na sifa za kibayolojia zinazovutia. Kutokana na umbo lake la diski na nyuso zenye chaji, udongo huo hutangamana na aina mbalimbali za molekuli kuu kama vile protini, polima, DNA, n.k. Baadhi ya matumizi ya udongo ni pamoja na uwasilishaji wa dawa, uhandisi wa tishu na uchapishaji wa kibayolojia.

Kemia ya udongo ni taaluma inayotumika ya kemia inayochunguza miundo ya kemikali, sifa na athari za udongo, pamoja na muundo na sifa za madini ya udongo. Ni uwanja wa taaluma tofauti, unaojumuisha dhana na maarifa kutoka kwa isokaboni na muundokemia, kemia ya kimwili, kemia ya nyenzo, kemia ya uchanganuzi, kemia hai, madini, jiolojia na nyinginezo.

Utafiti wa kemia (na fizikia) ya udongo na muundo wa madini ya udongo una umuhimu mkubwa kitaaluma na kiviwanda, kwa kuwa ni miongoni mwa madini ya viwandani yanayotumika sana kutumika kama malighafi (kauri, n.k.), adsorbents, vichocheo n.k.

Umuhimu wa Sayansi

Sifa za kipekee za madini ya udongo wa udongo, kama vile muundo uliowekwa tabaka wa mizani ya nanomita, uwepo wa chaji zisizobadilika na zinazoweza kubadilishwa, uwezo wa kutangaza na kuhifadhi (kuingiliana) molekuli, uwezo wa kuunda utawanyiko thabiti wa koloidi; uwezekano wa urekebishaji wa uso wa mtu binafsi na urekebishaji wa kemikali za safu kati, na wengine hufanya utafiti wa kemia ya udongo ni uwanja muhimu sana na tofauti sana wa utafiti.

Njia nyingi tofauti za maarifa huathiriwa na tabia ya kifizikia ya madini ya udongo, kutoka kwa sayansi ya mazingira hadi uhandisi wa kemikali, kutoka kauri hadi udhibiti wa taka za nyuklia.

Uwezo wao wa kubadilishana mawasiliano (CEC) ni wa umuhimu mkubwa katika kusawazisha miunganisho mingi kwenye udongo (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) na udhibiti wa pH, ambao huathiri moja kwa moja rutuba ya udongo. Utafiti wa udongo (na madini) pia una jukumu muhimu katika kukabiliana na Ca2+, ambayo kwa kawaida hutoka kwenye ardhi (maji ya mto) hadi baharini. Uwezo wa kurekebisha na kudhibiti utungaji na maudhui ya madini hutoa chombo muhimu katika maendeleoadsorbents kuchagua na maombi mbalimbali, kama vile, kwa mfano, kuundwa kwa sensorer kemikali au mawakala kusafisha kwa maji machafu. Sayansi hii pia ina mchango mkubwa katika uainishaji wa vikundi vya madini ya udongo.