Minerais de argila: classificação, composição, propriedades e aplicações

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Última modificação: 2024-02-12 11:52

Os minerais de argila são filossilicatos de alumínio aquosos, às vezes com várias impurezas de ferro, magnésio, metais alcalinos e alcalino-terrosos e outros cátions encontrados em ou perto de algumas superfícies planetárias.

Eles se formam na presença de água e já foram importantes para o surgimento da vida, razão pela qual muitas teorias de abiogênese os incluem nesse processo. Eles são constituintes importantes dos solos e têm sido benéficos para os seres humanos desde os tempos antigos na agricultura e na manufatura.

Educação

Argilas formam folhas planas hexagonais semelhantes a micas. Os minerais argilosos são produtos de intemperismo comuns (incluindo intemperismo de feldspato) e produtos de baixa temperatura de alteração hidrotermal. São muito comuns em solos, em rochas sedimentares de grão fino como xistos, lamitos e siltitos, bem como em xistos metamórficos de grão fino e filitos.

Recursos

Os minerais de argila são tipicamente (mas não necessariamente) de tamanho ultrafino. Eles são geralmente considerados com menos de 2 micrômetros na classificação padrão de tamanho de partícula, portanto, técnicas analíticas especiais podem ser necessárias para identificá-los e estudá-los. Estes incluem difração de raios X, técnicas de difração de elétrons, vários métodos espectroscópicos, como espectroscopia de Mössbauer, espectroscopia de infravermelho, espectroscopia Raman e SEM-EDS, ou processos de mineralogia automatizados. Esses métodos podem ser complementados pela microscopia de luz polarizada, uma técnica tradicional que estabelece fenômenos fundamentais ou relações petrológicas.

Distribuição

Dada a necessidade de água, os minerais argilosos são relativamente raros no sistema solar, embora sejam comuns na Terra, onde a água interage com outros minerais e matéria orgânica. Eles também foram encontrados em vários lugares em Marte. A espectrografia confirmou sua presença em asteróides e planetóides, incluindo o planeta anão Ceres e Tempel 1, e a lua de Júpiter, Europa.

Classificação

Os principais minerais argilosos estão incluídos nos seguintes grupos:

Grupo caulino, que inclui os minerais caulinita, dickita, haloisita e nacrita (polimorfos de Al2Si2O5 (OH) 4). Algumas fontes incluem o grupo caulinita-serpentina devido à semelhança estrutural (Bailey1980).
Grupo esmectita, que inclui esmectitas dioctaédricas, como montmorilonita, nontronita e beidelita e esmectitas trioctaédricas, como saponita. Em 2013, testes analíticos do rover Curiosity encontraram resultados consistentes com a presença de minerais argilosos esmectita no planeta Marte.
grupo Ilita, que inclui micas de argila. Ilita é o único mineral comum neste grupo.
O grupo clorito inclui uma ampla gama de minerais semelhantes com variação química significativa.

Outras espécies

Existem outros tipos desses minerais como a sepiolita ou a atapulgita, argilas com longos canais de água internos na estrutura. As variações de argila de camada mista são relevantes para a maioria dos grupos acima mencionados. A ordenação é descrita como ordenação aleatória ou regular e é ainda descrita pelo termo "Reichweit", que significa "alcance" ou "cobertura" em alemão. Os artigos da literatura referem-se, por exemplo, à ilite-esmectita R1 encomendada. Este tipo está incluído na categoria ISISIS. R0, por outro lado, descreve uma ordenação aleatória. Além desses, você também pode encontrar outros tipos de pedidos estendidos (R3, etc.). Os minerais de argila de camada mista, que são tipos perfeitos de R1, geralmente recebem seus próprios nomes. A clorita-esmectita ordenada por R1 é conhecida como corrensite, R1 - ilita-smectita - rectorita.

Histórico de estudos

Conhecimento da natureza do barro, tornou-se mais compreensívelna década de 1930 com o desenvolvimento de tecnologias de difração de raios X necessárias para analisar a natureza molecular das partículas de argila. A padronização da terminologia também surgiu durante esse período, com atenção especial para palavras semelhantes que levaram à confusão, como folha e plano.

Como todos os filossilicatos, os argilominerais são caracterizados por folhas bidimensionais de tetraedros de canto de SiO4 e/ou octaedros de AlO4. Os blocos de folha têm uma composição química (Al, Si) 3O4. Cada tetraedro de silício compartilha 3 de seus átomos de oxigênio de vértice com outros tetraedros, formando uma rede hexagonal em duas dimensões. O quarto vértice não é compartilhado com outro tetraedro, e todos os tetraedros "apontam" na mesma direção. Todos os vértices não divididos estão do mesmo lado da folha.

Estrutura

Nas argilas, as folhas tetraédricas estão sempre ligadas a folhas octaédricas, formadas a partir de pequenos cátions como alumínio ou magnésio, e coordenadas por seis átomos de oxigênio. O vértice solitário da folha tetraédrica também faz parte de um lado do octaédrico, mas o átomo de oxigênio extra está localizado acima da lacuna na folha tetraédrica no centro dos seis tetraedros. Este átomo de oxigênio está ligado ao átomo de hidrogênio que forma o grupo OH na estrutura da argila.

Argilas podem ser categorizadas de acordo com a forma como as folhas tetraédricas e octaédricas são empacotadas em camadas. Se cada camada tiver apenas um grupo tetraédrico e um octaédrico, ela pertence à categoria 1:1. Uma alternativa conhecida como argila 2:1 tem duas folhas tetraédricas como vértice indiviso de cada um deles, direcionados um para o outro e formando cada lado da folha octogonal.

A conexão entre as folhas tetraédrica e octaédrica requer que a folha tetraédrica se torne ondulada ou torcida, causando distorção ditrigonal da matriz hexagonal e achatando a folha octaédrica. Isso minimiza a distorção geral de valência do cristalito.

Dependendo da composição das folhas tetraédrica e octaédrica, a camada não terá carga ou terá carga negativa. Se as camadas estiverem carregadas, essa carga é equilibrada por cátions intercamadas, como Na+ ou K+. Em cada caso, a camada intermediária também pode conter água. A estrutura cristalina é formada por uma pilha de camadas localizadas entre outras camadas.

Química da argila

Como a maioria das argilas é feita de minerais, elas possuem alta biocompatibilidade e propriedades biológicas interessantes. Devido à sua forma de disco e superfícies carregadas, a argila interage com uma ampla gama de macromoléculas, como proteínas, polímeros, DNA, etc. Algumas das aplicações das argilas incluem entrega de drogas, engenharia de tecidos e bioimpressão.

A química da argila é uma disciplina aplicada da química que estuda as estruturas químicas, propriedades e reações da argila, bem como a estrutura e as propriedades dos minerais argilosos. É um campo interdisciplinar, incorporando conceitos e conhecimentos das áreas inorgânica e estrutural.química, físico-química, química dos materiais, química analítica, química orgânica, mineralogia, geologia e outras.

O estudo da química (e física) das argilas e da estrutura dos argilominerais é de grande importância acadêmica e industrial, pois estão entre os minerais industriais mais utilizados como matéria-prima (cerâmica, etc.), adsorventes, catalisadores etc.

A Importância da Ciência

As propriedades únicas dos minerais argilosos do solo, como a estrutura em camadas da escala nanométrica, a presença de cargas fixas e intercambiáveis, a capacidade de adsorver e reter (intercalar) moléculas, a capacidade de formar dispersões coloidais estáveis, a possibilidade de modificação individual da superfície e modificação química entre camadas, e outras fazem com que o estudo da química da argila seja um campo de estudo muito importante e extremamente diversificado.

Muitas áreas do conhecimento são influenciadas pelo comportamento físico-químico dos argilominerais, das ciências ambientais à engenharia química, da cerâmica ao gerenciamento de resíduos nucleares.

Sua capacidade de troca catiônica (CEC) é de grande importância no equilíbrio dos cátions mais abundantes no solo (Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+) e no controle do pH, que afeta diretamente a fertilidade do solo. O estudo das argilas (e minerais) também desempenha um papel importante no tratamento do Ca2+, que geralmente vem da terra (água dos rios) para os mares. A capacidade de modificar e controlar a composição e o conteúdo dos minerais oferece uma ferramenta valiosa no desenvolvimentoadsorventes seletivos com diversas aplicações, como, por exemplo, a criação de sensores químicos ou agentes de limpeza para água contaminada. Esta ciência também desempenha um papel importante na classificação dos grupos de minerais argilosos.