ماهي المعادن الطينية

المعدن الطيني هو مجموعة من سيليكات الألمنيوم المائية ذات بنية شبيهة بالصفيحة وحجم جزيئات صغير جدًا، ويمكن أن يحتوي على كميات كبيرة من الحديد أو الفلزات القلوية أو التربة 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 المعادن الطينية كإسفنج كيميائي يحتفظ بالماء والمواد الغذائية المذابة التي تم تجفيفها من المعادن الأخرى. يحدث ذلك بسبب وجود شحنات كهربائية غير متوازنة على سطح جزيئات الطين، حيث تكون بعض الأسطح مشحونة إيجابيا وتجذب الأيونات ذات الشحنة السالبة، بينما تكون الأسطح الأخرى مشحونة سالبا وتجذب الأيونات ذات الشحنة الموجبة. تتمتع المعادن الطينية أيضا بقدرة على جذب جزيئات الماء. ونظرا لأن هذا الجذب يحدث على سطح الجزيئات، يطلق عليه اسم الامتزاز، ويختلف عن الامتصاص؛ حيث لا يتم جذب الأيونات والماء بعمق داخل جزيئات الطين. تشبه المعادن الطينية الميكا في التركيب الكيميائي، باستثناء أنها حبيبات صغيرة جدا وعادة ما تكون مجهرية. تتشكل المعادن الطينية على شكل رقائق ذات حواف غير منتظمة وجانب أملس، وهناك العديد من أنواع المعادن الطينية المعروفة .

مصطلح المعادن الطينية

يطبق عموما مصطلح “الطين” على مادة طبيعية لها خصائص بلاستيكية، وتتميز بجسيمات صغيرة جدا، ويعرف عادة بأنها جسيمات أصغر من الميكرومتر وتحتوي على شظايا أو جزيئات معدنية تتألف أساسا من سيليكات الطبقة المائية للألومنيوم، وعلى الرغم من وجود بعض الأحيان للمغنيسيوم والحديد، إلا أن المعادن الطينية تشمل عموما سيليكات الطبقة المائية وبعض الألومينوسيليكات ذات المدى القصير المطلوب، ويتم تواجدهما بصورة حصرية أو متكررة في مستويات عالية .

التعرف على المعادن الطينية

تطور تقنيات حيود الأشعة السينية في العشرينات من القرن الماضي وتحسين الإجراءات المجهرية والحرارية لاحقا أتاحت للباحثين إثبات أن الطين يتكون من عدد قليل من المعادن البلورية، وتم تأكيد فائدة استخدام التقنيات المجهرية الإلكترونية في تحديد الشكل والحجم المميزين لمعادن الطين .

تقنيات التحليل الحديثة مثل التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء وتحليل حيود النيوترونات والتحليل الطيفي لموسباور والتحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي ساعدت في 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 تشوهات وسلالات بلورية كبيرة، مما ينتج عنه انحرافات مثل الأسطح المشوهة ذات الثمانية سطوح والأسطح ذات الأشكال الرباعية بدلا من الأشكال المتعددة السطوح المثلثية ذات الأضلاع المتساوية والتناظر الثنائي المعدل للتناظر السطحي السداسي المثالي والأسطح المجعدة بدلا من الأسطح المسطحة التي تتألف من ذرات الأكسجين القاعدية للصفائح ذات الأسطوانات الرباعية. وأحد الأسباب الرئيسية لمثل هذه التشوهات هو الأبعاد غير الملائمة بين صفائح التتراهيدرا والأوكتاهيدرا .

الصفيحة الرباعية السطوح”: إذا كانت تحتوي على السيليكون فقط في الموقع الكاتيوني، ولها تناظر سداسي مثالي، فإنه يمكن للصفيحة الرباعية السطوح أن تدور رباعي السطوح البديل بحد أقصى نظري قدره 30 درجة في اتجاهات متعاكسة، لتشويه الصفيف السداسي المثالي في صفيف ثلاثي ثنائي النتوءات مضاعف. ومن خلال هذه الآلية يمكن للصفائح الرباعية السطوح والأوكتاهدرا لمجموعة واسعة من التركيبات الناتجة عن البدائل الأيونية أن ترتبط ببعضها البعض وتحافظ على طبقات السيليكات، وتؤثر البدائل الأيونية التي تمتلك أيونات ذات أحجام مختلفة بشكل واضح على التكوينات الهندسية لطبقات السيليكات .

إحدى المميزات المهمة لسيليكات الطبقة هي تشابه هياكل الألواح والتماثل السداسي أو شبه السداسي. يسمح هذا التشابه بطرق مختلفة لتراكم المستويات والألواح والطبقات الذرية، ويمكن تفسيرها عن طريق عمليات البلورات مثل الترجمة والتحول والدوران. يتميز ذلك بتمييزه عن الأشكال المختلفة مثل الماس والجرافيت والكالسيت والأراجونيت، حيث يتضمن الأول اختلافات أحادية البعد، بينما يتضمن الثاني اختلافات ثلاثية الأبعاد بشكل عام، ويشير إلى مجموعة متنوعة من الهياكل الناتجة عن تسلسلات التراص المختلفة لتركيب كيميائي ثابت وأنواع متعددة. وإذا كان هذا التنوع هو نتيجة بدائل أيونية صغيرة ولكن متسقة، فإنه يسمى تعدد الشوائب .