Кіріспе

Жұқа түйіршікті алюминий филлосиликаттары академиялық журнал.

Балшық минералдары – сулы алюминий филлосиликаттары (мысалы, каолин, Al2Si2O5(OH)4), кейде темір, магний, сілті металдары, сілтілік жерлер және басқа да катиондардың өзгермелі мөлшерінде кездеседі, олар кейбір планеталардың беттерінде немесе олардың жанында табылған. Балшық минералдары судың қатысуымен пайда болады және тіршілік үшін маңызды, көптеген абиогенез теорияларында олар қарастырылады. Олар топырақтың маңызды құрамына жатады және ежелгі заманнан бері ауыл шаруашылығы мен өндірісте адамға пайдалы болған.

Қасиеттері

Балшық – ылғал болғанда пластикалық қасиеттерге ие, бірақ кепкенде немесе күйдіргенде қатты, сынғыш және пластикалық емес болатын өте ұсақ түйіршікті геологиялық материал. Бұл өте кең таралған материал және белгілі ең көне керамика. Көне заман адамдары балшықтың пайдалы қасиеттерін ашып, одан қыш ыдыстар жасаған. Балшықтың химиясы, соның ішінде калий және аммоний сияқты қоректік катиондарды сақтап қалу қабілеті, топырақтың құнарлылығы үшін маңызды. Балшықтағы жеке бөлшектердің өлшемі өте кішкентай болғандықтан, оларды әдеттегі оптикалық немесе физикалық әдістермен сипаттау мүмкін емес. Балшық минералдарының кристалдық құрылымы 1930 жылдары рентгендік дифракция (XRD) техникасының дамуымен, олардың кристалл торын анықтау үшін қажет болды. Балшық бөлшектерінің басым бөлігі жапырақша силикат (филлосиликат) минералдары екені анықталды, қазір олар балшық минералдары ретінде топтастырылған. Олардың құрылымы, минералдар тобының слюдаларына ұқсас, жазық алтыбұрышты жапырақшаларға негізделген. Осы кезеңде терминологияны стандарттау да жүргізілді, сондай-ақ Мессбауэр спектроскопиясы, инфрақызыл спектроскопиясы және SEM EDS немесе автоматтандырылған минералогия сияқты әртүрлі спектроскопиялық әдістер пайда болды.

Пайда болуы

Балшық минералдары – ауа райының әсерінен (соның ішінде далалық шпаттың әсерінен) пайда болатын және төмен температурадағы гидротермалық өзгерістердің өнімдері. Балшық минералдары топырақта, шифер, сазтас және күлтетас сияқты ұсақ түйірлі шөгінді тастарда, сондай-ақ ұсақ түйірлі метаморфтық шифер мен филлитте кеңінен таралған. Олар Эхус-Часма, Марв-Валлис, Мемнония және Элизиум аймақтарында да кездеседі. Спектрография олардың Церера кішкентай планетасында, 101955 Бенну астероидінде, Tempel 1 кометінде, сондай-ақ Юпитердің Еуропа спутнигінде бар екенін растады.

Құрылымы

Барлық филосиликаттар сияқты, балшық минералдары да бұрыштарымен байланысқан екі өлшемді SiO4 тетраэдрлері немесе AlO4 октаэдрлерімен сипатталады. Беттік бірліктердің химиялық құрамы (Al, Si)3O4 болып табылады. Әрбір кремний тетраэдрі өзінің үш төбесіндегі оттегі иондарын басқа тетраэдрлермен бөлісіп, екі өлшемді алтыбұрышты массивті құрайды. Төртінші оттегі ионы басқа тетраэдрмен бөліспейді және барлық тетраэдрлер бір бағытта "тұрады", яғни бөліспеген оттегі иондарының барлығы табақтың бір жағында орналасқан. Бұл бөліспеген оттегі иондары апикальды оттегі иондары деп аталады. Саз балшықтарында тетраэдрлік қабаттар әрқашан алюминий немесе магний сияқты кішкентай катиондардан құралған октаэдрлік қабаттарға байланысады және алты оттегі атомымен координацияланады. Тетраэдрлік қабаттың бөліспеген төбесі октаэдрлік қабаттың бір жағының бөлігін құрайды, бірақ қосымша оттегі атомы алты тетраэдрдің ортасындағы тетраэдрлік қабаттағы бос орынның үстінде орналасқан. Бұл оттегі атомы сутек атомымен байланысып, балшық құрылымында OH тобын құрайды. Балшықтар тетраэдрлік және октаэдрлік қабаттардың қабаттарға қалай жиналғандығына қарай жіктеледі. Егер әрбір қабатта тек бір тетраэдрлік және бір октаэдрлік топ болса, балшық 1:1 балшық деп аталады. Ал, 2:1 балшығы деп аталатын балама екі тетраэдрлік қабаттан тұрады, әр қабаттың бөліспеген төбесі бір-біріне қарай бағытталған және октаэдрлік қабаттың әр жағын құрайды. Тетраэдрлік және октаэдрлік қабаттар арасындағы байланыс тетраэдрлік қабаттың иілуіне немесе бұрылуына, ал алтыбұрышты массивтің дитригоналды деформациясына әкеледі, сондай-ақ октаэдрлік қабат тегістеледі. Бұл кристаллиттің жалпы байланыс валенттігінің бұрмалануын азайтады. Тетраэдрлік және октаэдрлік қабаттардың құрамына байланысты қабаттың заряды болмауы немесе теріс зарядқа ие болуы мүмкін. Егер қабаттар зарядталған болса, бұл заряд Na+ немесе K+ сияқты қабат аралық катиондармен немесе жалғыз октаэдрлік қабатпен теңестіріледі. Қабат аралығында су да болуы мүмкін. Кристалл құрылымы қабаттар аралық қабаттармен араласқан қабаттар жиынтығынан қалыптасады.

Жіктеу

Балшық минералдары 1:1 немесе 2:1 болып жіктеледі. 1:1 балшық бір тетраэдрлі және бір октаэдрлі қабаттан тұрады, мысалы, каолинит және серпентинит. 2:1 балшық екі тетраэдрлі қабаттың арасында орналасқан октаэдрлі қабаттан тұрады, мысалы, талк, вермикулит және монтмориллионит. 1:1 балшықтағы қабаттар зарядталмаған және қабаттар арасындағы сутекті байланыстар арқылы байланысқан, бірақ 2:1 қабаттардың жалпы теріс заряды бар және жеке катиондармен (мысалы, иллиттегі калий немесе смектиттегі натрий немесе кальций) немесе оң зарядталған октаэдрлі қабаттармен (хлориттерде) байланысуы мүмкін. Кейбір дереккөздер құрылымдық ұқсастықтарға байланысты каолинит-серпентин тобын қамтиды. Иллит тобы, оның ішінде балшықты микалар. Иллит – бұл топтағы жалғыз кең таралған минерал. + Саз минералын анықтау критерийлерінің жиынтығы – Саз минералын анықтау үшін анықтамалық деректер Саз Каолинит Күрдесіз галозит Гидратталған галозит Иллит Вермикулит Смектит Хлорит Рентген сәулесі rf(001) 77 10 10 10–14 10–18 14 Гликол (мг/г) 16 35 60 60 200 300 30 СЕК (мк/100 г) 3 12 12 25 150 85 40 |K2O (%) 0 0 0 8–10 0 0 0 DTA Аяқталуы 500–660° + Жүйке* Экзо. 900–975° Жүйке Каолинит сияқты, бірақ 600° шыңының еңіс қатынасы > 2.5 Каолинит сияқты, бірақ 600° шыңының еңіс қатынасы > 2.5 Аяқталуы 500–650° Кең. Аяқталуы 800–900° Кең Экзо. 950° 0 Аяқталуы 600–750° Аяқталуы 900°. Экзо. 950° Аяқталуы 610 ± 10° немесе 720 ± 20° Рентгендік сәуле rf(001) – рентген кристаллографиясымен анықталған, нанометрмен өлшенген қабаттар арасындағы арақашықтық. Гликол (мг/г) – гликолдың сіңіру қабілеті, этиленгликолының буына сегіз сағатқа ұшыраған кезде гликол қабаттар аралық кеңістіктерді толтырады. СЕК – балшықтың катиондық алмасу қабілеті. |K2O (%) – балшықтағы калий оксидінің пайыздық құрамы. DTA – балшықтың дифференциалдық термоанализ қисығын сипаттайды.

Балшық пен өмірдің пайда болуы

1985 жылы Грэм Кэрнс Смит өмірдің пайда болуына қатысты саз гипотезасын ұсынды. Бұл гипотеза бойынша, күрделі органикалық молекулалар сулы ерітіндімен байланыста болған, органикалық емес силикат кристалдарының көбейту беттерінде біртіндеп пайда болған. Саз минералы – монтмориллионит нуклеотид мономерлерінен сулы ерітіндіде РНК полимерленуін және липидтерден мембраналардың қалыптасуын катализдейді. 1998 жылы Хайман Хартман "алғашқы организмдер – көмірқышқыл газын оксал қышқылы мен басқа дикарбоксил қышқылдарына байланыстырген, темірге бай, өздігінен көбейетін саздар болды. Бұл көбейтуге қабілетті саз жүйесі және олардың метаболикалық фенотипі, азотты байланыстыру қабілетін иелену үшін сульфидке бай ыстық бұлақ аймағына эволюциялады. Соңында, нуклеотидтер мен фосфолипидтердің синтезіне мүмкіндік берген фосфаттар дамитын жүйеге қосылды."

Балшықтың биомедициналық қолданылуы

Балшық минералдардың құрылымдық және құрамының әмбебаптығы оларға қызықты биологиялық қасиеттер сыйлайды. Диск тәрізді және зарядталған беттерінің болуына байланысты, балшық түрлі дәрілермен, ақуыздармен, полимерлермен, ДНҚ-мен немесе басқа да макромолекулалармен әрекеттеседі. Балшықтың қолданылу салаларының кейбіреулері: дәрілерді жеткізу, тіндік инженерия және биобаспа жасау.

Гимнге арналған қолданбалар

Балшық минералдары механикалық қасиеттерін жақсарту үшін әктас-метакаулин ерітінділеріне енгізілуі мүмкін. Электрохимиялық ажырату смектит тобы минералдарының жоғары концентрацияланған, кіші минералдық бөлшектері бар, тығыз құрылымды және үлкен беттік ауданы бар өзгертілген сапонит өнімдерін алуға көмектеседі. Бұл қасиеттер сапониттен жасалған өнімдерден жоғары сапалы керамика және ауыр металлдарды сіңіретін заттарды жасауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, керамика үшін шикізат дайындау кезінде қалдық ұнтақтау процесі жүзеге асырылады; бұл қалдықтарды қайта өңдеу, балшық пульпасын нейтралдаушы агент ретінде пайдалану үшін маңызды, себебі реакция үшін ұсақ бөлшектер қажет. Сілтілі балшық суспензиясымен гистозолдың қышқылдығын азайту бойынша жүргізілген тәжірибелер пульпаның 30% қосылғанда орташа pH 7.1 деңгейінде нейтралдануға қол жеткізілгенін көрсетті, ал көп жылдық шөптер өсірілген тәжірибелік алаң техниканың тиімділігін растады. Бұзылған жерлерді қалпына келтіру – кен компаниясының әлеуметтік және экологиялық жауапкершілігінің маңызды бөлігі болып табылады және бұл жағдай жергілікті және аймақтық деңгейдегі қауымдастықтың қажеттіліктерін қанағаттандыруға бағытталған.

Саз минералдардың бар екендігін тексеруге арналған сынақтар

Гликоль адсорбциясының, катион алмасу қабілетінің, рентгендік дифракцияның, дифференциалдық термиялық талдаудың және химиялық сынақтардың нәтижелері сандық есептеулер үшін қолданылатын деректерді ұсынады. Органикалық заттардың, карбонаттардың, бос оксидтердің және балшық емес минералдардың мөлшері анықталғаннан кейін, гликоль адсорбциясы, катион алмасу қабілеті, К20 және DTA деректері арқылы балшық минералдарының пайызы есептеледі. Ілліт мөлшері К20 мазмұны бойынша бағаланады, себебі калийді қамтитын жалғыз балшық минералы – осы ілліт.

Саздықты тау жыныстары

Саздық тау жыныстары – құрамында саз минералдары маңызды мөлшерде болатын тау жыныстары. Мысалы, балшықты әктастар – негізінен кальций карбонатынан тұратын, бірақ 10-40% саз минералдары қосылған әктастар. Мұндай әктастар жұмсақ болғанда көбінесе марл деп аталады. Сол сияқты, грейвак сияқты саздық құмтастар – негізінен кварц түйіршіктерінен тұратын құмтастар, олардың аралық кеңістіктері саз минералдарымен толтырылған.