ماهي المعادن الطينية

المعدن طيني هو أي مجموعة من سيليكات الألمنيوم المائية المهمة ذات بنية شبيهة بالصفيحة وحجم جزيئات صغير جدًا وقد تحتوي على كميات كبيرة من الحديد أو الفلزات القلوية أو الأتربة القلوية .

تعريف المعادن الطينية

معادن الطين عبارة عن سيليكات طبقة تتشكل عادة كمنتجات للتجوية الكيميائية لمعادن السيليكات الأخرى على سطح الأرض ، وتوجد غالبًا في الصخر الزيتي وهو النوع الأكثر شيوعًا من الصخور الرسوبية ، وفي المناخات الباردة أو الجافة أو المعتدلة تكون المعادن الطينية مستقرة إلى حد ما وتشكل مكونًا مهمًا من مكونات التربة .

تعمل معادن الطين كإسفنج كيميائي الذي يحتفظ بالماء والمغذيات النباتية المذابة التي تم تجفيفها من المعادن الأخرى ، وينتج هذا عن وجود شحنات كهربائية غير متوازنة على سطح حبيبات الطين ، بحيث تكون بعض الأسطح مشحونة إيجابياً وبالتالي تجذب أيونات سالبة الشحنة ، بينما الأسطح الأخرى مشحونة سالبة تجذب أيونات موجبة الشحنة ، وتتمتع معادن الطين أيضًا بالقدرة على جذب جزيئات الماء ، ولأن هذا الانجذاب هو ظاهرة سطحية يطلق عليه اسم الامتزاز وهو يختلف عن الامتصاص لأن الأيونات والماء لا ينجذبان بعمق داخل حبيبات الطين ، وتشبه معادن الطين الميكا في التركيب الكيميائي ، إلا أنها حبيبات دقيقة جدًا وعادة ما تكون مجهرية ، مثل الميكا تتشكل المعادن الطينية على شكل رقائق ذات حواف غير منتظمة وجانب أملس وهناك العديد من أنواع المعادن الطينية المعروفة .

مصطلح المعادن الطينية

يتم تطبيق مصطلح الطين عمومًا على مادة طبيعية ذات خصائص بلاستيكية ، وجسيمات ذات حجم دقيق جدًا ، وعادةً ما يتم تعريفها على أنها جسيمات أصغر من ميكرومتر ، وشظايا أو جزيئات معدنية تتكون في الغالب من سيليكات الطبقة المائية من الألومنيوم ، على الرغم من أنها تحتوي أحيانًا على المغنيسيوم والحديد ، وعلى الرغم من أن المعادن الطينية بمعنى ما يمكن أن تشتمل فعليًا على أي معدن من حجم الجسيمات المذكورة ، فإن التعريف الذي تم تكييفه هنا يقتصر على تمثيل سيليكات الطبقة المائية وبعض الألومينوسيليكات المطلوبة قصيرة المدى ، وكلاهما يحدث إما حصريًا أو بشكل متكرر في درجات عالية الحجم .

التعرف على المعادن الطينية

أدى تطوير تقنيات حيود الأشعة السينية في عشرينيات القرن الماضي والتحسين اللاحق للإجراءات المجهرية والحرارية إلى تمكين الباحثين من إثبات أن الطين يتكون من مجموعات قليلة من المعادن البلورية ، وثبت أن إدخال الطرق المجهرية الإلكترونية مفيد جدًا في تحديد الشكل والحجم المميزين لمعادن الطين .

ساعدت التقنيات التحليلية الحديثة مثل التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء ، وتحليل حيود النيوترونات ، والتحليل الطيفي لموسباور ، والتحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي على تعزيز المعرفة العلمية بالكيمياء البلورية لهذه المعادن .

مكونات المعادن الطينية

تتكون معادن الطين أساسًا من السيليكا أو الألومينا أو المغنيسيا أو كليهما والماء ، ولكن توجد أيضًا بدائل الحديد للألمنيوم والمغنيسيوم بدرجات متفاوتة ، وكميات ملحوظة من البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم ، ويمكن التعبير عن بعض المعادن الصلصالية باستخدام صيغ كيميائية مثالية وهي العامل الرئيسي في تحديد أنواع الطين المعدنية ، ويمكن تصنيف هذه المعادن على أساس الاختلافات في التركيب الكيميائي والتركيب الذري إلى تسع مجموعات هي الكاولين السربنتين وهي الكاولين ، هالويسايت ، الليزاردت ، الكريسوتيل ، والبيروفيلايت ، والتلك ، والميكا الإيليت ، جلوكونيت ، سيلادونيت ، والفيرميكوليت ، وسميكتايت مونتموريلونيت ، نونترونيت ، سابونيت ، وكلوريت سودويت ، كلينوكلور ، شاموسيت ، وسيبيولايت-باليغورسكايت ، ومعادن طينية متداخلة .

الملامح العامة للمعادن الطينية

تم تحديد بنية المعادن الطينية إلى حد كبير من خلال طرق حيود الأشعة السينية ، وتم الكشف عن السمات الأساسية لسيليكات الطبقة المائية من قبل العديد من العلماء بما في ذلك جاكسون وجي ويست وجون دبليو جرونر خلال أواخر العشرينات إلى منتصف الثلاثينيات ، وهذه الميزات عبارة عن صفائح رباعية السطوح ثنائية الأبعاد متصلة من Si2O5 ، مع SiO4 رباعي السطوح مرتبطة بمشاركة ثلاث زوايا لكل رباعي السطوح لتشكيل نمط شبكة سداسية .

في كثير من الأحيان يتم استبدال ذرات السيليكون في رباعي السطوح جزئيًا بالألمنيوم وبدرجة أقل بالحديد الحديدي ، يشكل الأكسجين القمي في الزاوية الرابعة من رباعي السطوح ، والذي يتم توجيهه بشكل طبيعي إلى الصفيحة ، جزءًا من صفيحة ثماني السطوح مجاورة ترتبط فيها الثماني الوجوه عن طريق الحواف المشتركة ، ويتكون مستوى التقاطع بين صفائح رباعي السطوح وثماني السطوح من ذرات الأكسجين القمي المشتركة لرباعي السطوح والهيدروكسيل غير المشترك الذي يقع في مركز كل حلقة سداسية من رباعي السطوح وعلى نفس المستوى مثل ذرات الأكسجين القمي المشتركة .

النوع السابق من صفائح الاوكتاهدرا يسمى ثلاثي الاوكتاهدرا ، والنوع الاخير ثنائي الاوكتاهدرا ، وإذا كانت جميع مجموعات الأنيون عبارة عن أيونات هيدروكسيل في تركيبات صفائح الاوكتاهدرا ، فيمكن التعبير عن الصفائح الناتجة بواسطة M2 + (OH) 2 و M3 + (OH) 3 ، وتحدث هذه الصفائح التي تسمى صفائح الهيدروكسيد منفردة بالتناوب مع طبقات السيليكات في بعض المعادن الطينية .

هناك نوعان رئيسيان من العمود الفقري الهيكلي لمعادن الطين يسمى طبقات السيليكات ، ويُشار إلى طبقة سيليكات الوحدة المتكونة عن طريق محاذاة لوح ثماني السطوح إلى لوح رباعي السطوح بطبقة سيليكات ، ويتكون السطح المكشوف للوح ثماني السطوح من الهيدروكسيل ، وفي نوع آخر تتكون طبقة سيليكات الوحدة من لوح ثماني السطوح محاط بصفحتين رباعي السطوح موجهتين في اتجاهين متعاكسين ويطلق عليهما طبقة سيليكات ، ومع ذلك فإن هذه السمات الهيكلية تقتصر على الترتيبات الهندسية المثالية .

الهياكل الحقيقية للمعادن الطينية

تحتوي الهياكل الحقيقية للمعادن الصلصالية على سلالات وتشوهات بلورية كبيرة ، مما ينتج عنه مخالفات مثل الثماني السطوح المشوهة ورباعي السطوح بدلاً من الأشكال متعددة السطوح ذات الوجوه المثلثية متساوية الأضلاع ، والتناظر الثنائي المعدل من التناظر السطحي السداسي المثالي ، والأسطح المجعدة بدلاً من الأسطح المسطحة المكونة من ذرات الأكسجين القاعدية للصفائح الرباعية السطوح ، وأحد الأسباب الرئيسية لمثل هذه التشوهات هو الأبعاد غير الملائمة بين صفائح التتراهدرا والأوكتاهدرا .

إذا كانت الصفيحة الرباعية السطوح تحتوي على السيليكون فقط في الموقع الكاتيوني ولها تناظر سداسي مثالي ، لتلائم الصفيحة الرباعية السطوح أبعاد الصفيحة الاوكتاهدرا ، يدور رباعي السطوح البديل بحد أقصى نظري قدره 30 درجة في اتجاهات متعاكسة لتشويه الصفيف السداسي المثالي في صفيف ثلاثي ثنائي النتوءات مضاعف ، ومن خلال آلية التشويه هذه يمكن للصفائح الرباعية السطوح والأوكتاهدرا لمجموعة واسعة من التركيبات الناتجة عن البدائل الأيونية أن ترتبط ببعضها البعض وتحافظ على طبقات السيليكات ، ومن بين البدائل الأيونية تؤثر تلك الموجودة بين أيونات ذات أحجام مختلفة بشكل واضح على التكوينات الهندسية لطبقات السيليكات .

ميزة أخرى مهمة لسيليكات الطبقة بسبب تشابهها في هياكل الألواح والتماثل السداسي أو شبه السداسي ، هي أن الهياكل تسمح بطرق مختلفة لتكديس المستويات والألواح والطبقات الذرية والتي يمكن تفسيرها من خلال عمليات البلورات مثل الترجمة أو التحول والدوران ، وبالتالي تمييزها عن الأشكال المتعددة على سبيل المثال الماس الجرافيت والكالسيت أراجونيت ، والأول ينطوي على اختلافات أحادية البعد ، لكن الأخير يتضمن اختلافات ثلاثية الأبعاد بشكل عام ، ويُطلق على مجموعة متنوعة من الهياكل الناتجة عن تسلسلات التراص المختلفة لتركيب كيميائي ثابت أنواع متعددة ، وإذا كان هذا التنوع ناتجًا عن بدائل أيونية صغيرة ولكنها متسقة فإنها تسمى تعدد الشوائب .