Mineral tanah liat: klasifikasi, komposisi, sifat dan aplikasi

2024 Pengarang: Henry Conors | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-02-12 08:53

Mineral lempung adalah phyllosilicates aluminium berair, terkadang dengan berbagai pengotor besi, magnesium, alkali dan logam alkali tanah, dan kation lain yang ditemukan pada atau di dekat beberapa permukaan planet.

Mereka terbentuk di hadapan air, dan pernah penting untuk munculnya kehidupan, itulah sebabnya banyak teori abiogenesis memasukkan mereka ke dalam proses ini. Mereka adalah konstituen penting dari tanah dan telah bermanfaat bagi manusia sejak zaman kuno di bidang pertanian dan manufaktur.

Pendidikan

tanah liat membentuk lembaran heksagonal datar mirip dengan mika. Mineral lempung adalah produk pelapukan yang umum (termasuk pelapukan feldspar) dan produk suhu rendah dari alterasi hidrotermal. Mereka sangat umum di tanah, di batuan sedimen berbutir halus seperti serpih, batulumpur dan batulanau, serta di serpih metamorf berbutir halus dan phyllites.

Fitur

Mineral lempung biasanya (tetapi tidak harus) berukuran sangat halus. Mereka umumnya dianggap kurang dari 2 mikrometer dalam klasifikasi ukuran partikel standar, sehingga teknik analisis khusus mungkin diperlukan untuk mengidentifikasi dan mempelajarinya. Ini termasuk difraksi sinar-X, teknik difraksi elektron, berbagai metode spektroskopi seperti spektroskopi Mössbauer, spektroskopi inframerah, spektroskopi Raman dan SEM-EDS, atau proses mineralogi otomatis. Metode ini dapat dilengkapi dengan mikroskop cahaya terpolarisasi, teknik tradisional yang menetapkan fenomena fundamental atau hubungan petrologi.

Distribusi

Mengingat kebutuhan akan air, mineral lempung relatif jarang di tata surya, meskipun tersebar luas di Bumi, di mana air berinteraksi dengan mineral dan bahan organik lainnya. Mereka juga telah ditemukan di beberapa tempat di Mars. Spektrografi telah mengkonfirmasi kehadiran mereka di asteroid dan planetoid, termasuk planet kerdil Ceres dan Tempel 1, dan bulan Jupiter Europa.

Klasifikasi

Mineral lempung utama termasuk dalam kelompok berikut:

Gugus

Kaolin, yang meliputi mineral kaolinit, dickite, halloysite dan nakrite (polimorf Al2Si2O5 (OH) 4). Beberapa sumber termasuk kelompok kaolinit-serpentin karena kesamaan struktural (Bailey1980).

Grup smektit, yang mencakup smektit dioktahedral seperti montmorilonit, nontronit dan beidellit serta smektit trioktahedral seperti saponit. Pada tahun 2013, tes analitik oleh penjelajah Curiosity menemukan hasil yang konsisten dengan keberadaan mineral lempung smektit di planet Mars.

Grup Illite, termasuk mika tanah liat. Illite adalah satu-satunya mineral yang umum di grup ini.

Grup klorit mencakup berbagai mineral serupa dengan variasi kimia yang signifikan.

Spesies lain

Ada jenis lain dari mineral ini seperti sepiolit atau attapulgit, lempung dengan struktur saluran air yang panjang di bagian dalam. Variasi tanah liat lapisan campuran relevan untuk sebagian besar kelompok yang disebutkan di atas. Urutan tersebut digambarkan sebagai urutan acak atau teratur dan selanjutnya dijelaskan dengan istilah "Reichweit", yang berarti "jangkauan" atau "cakupan" dalam bahasa Jerman. Artikel literatur merujuk, misalnya, memerintahkan illite-smektit R1. Tipe ini termasuk dalam kategori ISIS. R0, di sisi lain, menggambarkan urutan acak. Selain itu, Anda juga dapat menemukan jenis pemesanan tambahan lainnya (R3, dll.). Mineral lempung lapisan campuran, yang merupakan tipe sempurna dari R1, sering mendapatkan namanya sendiri. Klorit-smektit berorde R1 dikenal sebagai corrensite, R1 - illit-smektit - rektorit.

Riwayat studi

Pengetahuan tentang sifat tanah liat, menjadi lebih mudah dipahamipada tahun 1930-an dengan berkembangnya teknologi difraksi sinar-X diperlukan untuk menganalisis sifat molekuler partikel lempung. Standarisasi terminologi juga muncul selama periode ini, dengan perhatian khusus pada kata-kata serupa yang menyebabkan kebingungan seperti daun dan bidang.

Seperti semua phyllosilicates, mineral lempung dicirikan oleh lembaran dua dimensi tetrahedra sudut SiO4 dan/atau AlO4 octahedra. Blok lembaran memiliki komposisi kimia (Al, Si) 3O4. Setiap silikon tetrahedron berbagi 3 atom oksigen puncaknya dengan tetrahedra lainnya, membentuk kisi heksagonal dalam dua dimensi. Simpul keempat tidak dibagi dengan tetrahedron lain, dan semua "titik" tetrahedra ke arah yang sama. Semua simpul yang tidak terbagi berada pada sisi lembar yang sama.

Struktur

Dalam tanah liat, lembaran tetrahedral selalu terikat pada lembaran oktahedral, terbentuk dari kation kecil seperti aluminium atau magnesium, dan dikoordinasikan oleh enam atom oksigen. Titik tunggal dari lembaran tetrahedral juga merupakan bagian dari satu sisi oktahedral, tetapi atom oksigen ekstra terletak di atas celah dalam lembaran tetrahedral di tengah enam tetrahedral. Atom oksigen ini terikat pada atom hidrogen yang membentuk gugus OH dalam struktur lempung.

tanah liat dapat dikategorikan menurut bagaimana lembaran tetrahedral dan oktahedral dikemas menjadi lapisan. Jika setiap lapisan hanya memiliki satu kelompok tetrahedral dan satu oktahedral, maka itu termasuk dalam kategori 1:1. Alternatif yang dikenal sebagai tanah liat 2:1 memiliki dua lembaran tetrahedral dengansimpul yang tidak terbagi dari masing-masing, diarahkan satu sama lain dan membentuk setiap sisi lembaran segi delapan.

Sambungan antara lembaran tetrahedral dan oktahedral membutuhkan lembaran tetrahedral menjadi bergelombang atau terpuntir, menyebabkan distorsi ditrigonal dari matriks heksagonal, dan lembaran oktahedral menjadi rata. Ini meminimalkan distorsi valensi keseluruhan kristalit.

Bergantung pada komposisi lembaran tetrahedral dan oktahedral, lapisan tidak akan memiliki muatan atau akan memiliki muatan negatif. Jika lapisan bermuatan, muatan ini diseimbangkan oleh kation antarlapisan seperti Na+ atau K+. Dalam setiap kasus, lapisan perantara juga dapat mengandung air. Struktur kristal terbentuk dari tumpukan lapisan yang terletak di antara lapisan lainnya.

Kimia tanah liat

Karena kebanyakan lempung terbuat dari mineral, mereka memiliki biokompatibilitas tinggi dan sifat biologis yang menarik. Karena bentuk piringan dan permukaannya yang bermuatan, lempung berinteraksi dengan berbagai makromolekul seperti protein, polimer, DNA, dll. Beberapa aplikasi lempung termasuk penghantaran obat, rekayasa jaringan, dan bioprinting.

Kimia lempung adalah disiplin ilmu kimia terapan yang mempelajari struktur kimia, sifat dan reaksi lempung, serta struktur dan sifat mineral lempung. Ini adalah bidang interdisipliner, menggabungkan konsep dan pengetahuan dari anorganik dan strukturalkimia, kimia fisik, kimia bahan, kimia analitik, kimia organik, mineralogi, geologi dan lain-lain.

Studi tentang kimia (dan fisika) lempung dan struktur mineral lempung sangat penting secara akademis dan industri, karena mereka adalah salah satu mineral industri yang paling banyak digunakan sebagai bahan baku (keramik, dll.), adsorben, katalis dll.

Pentingnya Ilmu Pengetahuan

Sifat unik mineral lempung tanah, seperti struktur berlapis skala nanometer, adanya muatan tetap dan dapat dipertukarkan, kemampuan untuk menyerap dan mempertahankan (interkalasi) molekul, kemampuan untuk membentuk dispersi koloid yang stabil, kemungkinan modifikasi permukaan individu dan modifikasi kimia interlayer, dan lain-lain membuat studi kimia tanah liat adalah bidang studi yang sangat penting dan sangat beragam.

Banyak bidang pengetahuan yang berbeda dipengaruhi oleh perilaku fisikokimia mineral lempung, dari ilmu lingkungan hingga teknik kimia, dari keramik hingga pengelolaan limbah nuklir.

Kapasitas tukar kation (KTK) mereka sangat penting dalam menyeimbangkan kation yang paling melimpah di tanah (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) dan kontrol pH, yang secara langsung mempengaruhi kesuburan tanah. Studi tentang lempung (dan mineral) juga berperan penting dalam menangani Ca2+, yang biasanya berasal dari darat (air sungai) hingga ke laut. Kemampuan untuk memodifikasi dan mengontrol komposisi dan kandungan mineral menawarkan alat yang berharga dalam pengembanganadsorben selektif dengan berbagai aplikasi, seperti, misalnya, pembuatan sensor kimia atau bahan pembersih untuk air yang terkontaminasi. Ilmu ini juga berperan besar dalam klasifikasi kelompok mineral lempung.