Глинистые минералы - слоистые тонкодисперсные соединения силикатов алюминия, магния и отчасти железа, представленные преимущественно кристаллическими формами малых размеров (1 -2 мкм, что составляет 0,001-0,002 мм), в которых атомы и ионы формируют кристаллическую решетку.

Глинистые минералы состоят из тетраэдрических и октаэдрических слоев, образуя структурные слои - пакеты.

При образовании пакета часть гидроксильных групп замещается ионами кислорода тетраэдров, поэтому в пакете 2 / 3 анионов, связанных одновременно с катионами тетраэдров и октаэдров, представлены кислородом, У 3 связана с гидроксильной группой (ОН) - . Взаимодействие ионов внутри пакетов осуществляется при помощи электростатических и ковалентных связей (между ионами Si и О в тетраэдрах наблюдается более прочная ковалентная связь, а в октаэдрах преобладают электростатические связи). Между пакетами (через межслоевые катионы) присутствуют более слабые ионно-электростатические, водородные и межмолекулярные силы.

Если в центре октаэдров октаэдрической сетки расположены трехвалентные катионы (Al 3+ , Fe 3+), то в самой сетке каждый третий октаэдр отсутствует (это определено условиями полной электростатической скомпенсированности валентностей). Минералы такого типа называются диоктаэдрическими, так как состав октаэдрического слоя в диоктаэдрических минералах соответствует составу минерала гиб- бсита А1(ОН) 3 . Этот слой иногда называют гиббситовым. Если же в центре октаэдров расположены двухвалентные катионы (Mg 2+ , Fe 2+), то для сохранения баланса валентностей необходимо, чтобы в сетке были заполнены все октаэдрические узлы (позиции). Такие минералы называются триоктаэдрическими, состав октаэдрического слоя в них соответствует составу минерала брусита Mg(OH) 6 , а слой называют бруситовым.

В зависимости от числа сеток выделяют двух-, трех- и четырехслойные пакеты. Двухслойные пакеты состоят из одной тетраэдрической и одной октаэдрической сетки, они обозначаются 1:1. Трехслойные пакеты состоят из двух тетраэдрических и одной октаэдрической сетки, они обозначаются 2:1. В четырехслойных пакетах между двумя трехслойными образованиями заключена еще одна октаэдрическая сетка, они обозначаются 2:1:1 (табл. 2.6).

Глинистые минералы состоят из двух- и трехслойных пакетов. Главным представителем двухслойных минералов является каолинит, трехслойных - монтмориллонит. Остальные глинистые минералы являются их изоморфными и политипными разновидностями.

Глинистые минералы подразделяются на несколько групп:

• каолинита (каолинит, галлаузит);
• аллофана (аллофан, гизингерит);
• монтмориллонита (монтмориллонит, бейделлит, нонтронит, хри-

зоколлаидр.);

• вермикулита (вермикулит (фото 2.5), сапонит);
• гидрослюд (иллит, глауконит);
• палыгорскита(сепиолит).

Глинистые минералы

Фото 2.5. Вермикулит- (Mg, Fe 2 +, Fe 3 +) 3 [(Si,AI) 4 0 10 ] (0Н) 2 4Н 2 0

Взаимные переходы глинистых минералов: плагиоклаз-?гиббсит^ аморфный материал ^ каолинит -? аморфный материал -? монтмориллонит -? каолинит -? хлорит железистый -? смешаннослойные минералы -? вермикулит.

Таблица 2.6

Общие принципы классификации глинистых минералов

Биотит -+? хлорит магниевый.

Биотит -? аморфный материал -> гётит.

Биотит -? вермикулит -? монтмориллонит -? гидрослюда -? каолинит -? иллит триоктаэдрический.

Мусковит -? вермикулит -? монтмориллонит -? гидрослюда -?каолинит -+? иллит диоктаэдрический.

Si0 2 , R 2 0 3 -? гётит, гиббсит.

По устойчивости к выветриванию минералы можно выстроить в ряд - триоктаэдрические слюды (Fe, Mg), хлориты -? диоктаэдри- ческие слюды (А1) -? вермикулит-? гидрослюды -? монтмориллонит -? хлориты -? каолинит -? оксиды и гидрооксиды Fe и А1.

Важнейшим свойством глинистых минералов, определяющим их роль в процессах почвообразования и формировании физико-химических свойств почв, является высокая емкость катионного обмена

(табл. 2.7). Этот показатель на порядок выше по сравнению с первичными минералами.

Таблица 2.7

Емкость катионного обмена глинистых минералов_

Изоморфизм. При одинаковой структуре минералы имеют разный химический состав благодаря взаимным замещениям катионов в октаэдрических и тетраэдрических сетках. Изоморфизм характерен для минералов монтмориллонитовой группы - монтмориллонит, бей- деллит, нонтронит.

Политипия - явление, при котором состав и структура слоев не меняется, а происходит смещение, повороты слоев в пакете друг относительно друга. Политипия характерна для минералов каолинито- вой группы - каолинит, диккит, галлуазит.

Большинство глинистых минералов встречаются в виде очень тонкозернистых агрегатов, состоящих из чешуек реже волокон. Они выделяются в виде рыхлых, землистых, плотных опаловидных, аморфных воскоподобных агрегатов, а также чешуйчатых, волокнистых тонкозернистых масс натечной формы и в виде желваков.

Глины способны приобретать во влажном состоянии пластичность или подобие геля. После высыхания они сохраняют полученную форму и представляют собой плотные, каменистые землистые массы с шероховатой либо гладкой, блестящей поверхностью. Цвет белый или серовато-белый, однако за счет примесей других веществ и минералов окраска глин может быть различной. Чаще всего преобладают красные или бурые тона, обусловленные присутствием оксидов и гидрооксидов железа. Излом неровный, часто с матовым блеском. Спайность весьма совершенная или хорошая, но различима лишь под микроскопом. Твердость низкая, близка к 1, реже 2-2,5. Плотность растет с увеличением содержания железа и уменьшается с повышением содержания воды (1,8-1,9-3,0 г/см 3). Происхождение экзогенное, гипергенное (в зонах окисления рудных месторождений), редко эндогенное, низкотемпературное гидротермальное (гидрослюды и др.).

Глинистые вторичные минералы являются продуктом трансформации близких к ним по составу и структуре слоистых магматических силикатов.

При выветривании полевых шпатов (гранитов и близких к ним пород) образуются минералы группы каолинита; при выветривании железомагнезиальных силикатов (ультраосновных пород, вулканического стекла, туфов, пеплов) - монтмориллонит, нонтронит, сапонит. Продуктами разрушения гидрослюд и их гидратации являются вермикулит, гидрослюды и т.д.

Глинистые минералы - группа водных силикатов , слагающих основную массу глинистых отложений и большей части почв и определяющих их физико-химические, механические и др. свойства.

Глинистые минералы являются продуктом выветривания преимущественно алюмосиликатов и силикатов магматических и метаморфических горных пород на дневной поверхности. В процессе выветривания глинистые минералы испытывают стадийные преобразования структуры и химического состава в зависимости от изменения физико-химических условий среды выветривания и седиментации. Размеры частиц глинистых минералов в глинах большей частью не превышают 0,01 мм. По кристаллической структуре глинистые минералы относятся к слоистым или псевдослоистым силикатам.

Высокая удельная поверхность, изоморфные замещения , обилие сколов кристаллической решётки и нескомпенсированных зарядов придаёт глинистым минералам катионнообменную способность . Также они способны химически связывать воду.

В состав минералов входят слои, состоящие из кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров , эти слои объединяются в элементарные пакеты, совокупность которых формирует частицу минерала. По набору слоёв в пакете различают несколько групп глинистых минералов:

Группа каолинита (каолинит, галлуазит ) c пакетом, состоящим из одного слоя октаэдров и одного слоя тетраэдров. Пакеты прочно связаны между собой и плотно прилегают друг к другу, в результате чего молекулы воды и катионы металлов не могут входить в межпакетное пространство и минерал не набухает в воде, а также обладает низкой ёмкостью катионного обмена (ЕКО).

Группа монтмориллонита или группа смектита (монтмориллонит, нонтронит , бейделит и др.) с трёхслойным пакетом вида тетраэдр-октаэдр-тетраэдр. Связь между пакетами слаба, туда проникает вода, из-за чего минерал сильно набухает. Отличается высокой ЕКО (до 80-120 мг-экв на 100 г.).

Группа гидрослюд (гидробиотит , гидромусковит и др.) также с трёхслойным пакетом, но сильной связью между ними. Практически не поглощают воду и не набухают в ней. Отличаются высоким содержанием калия , поскольку его ионный радиус позволяет ему входить в пустоты структуры минерала.

Группа хлорита с четырёхслойной набухающей структурой.

Группа смешаннослойных минералов с чередованием пакетов различных типов. Носят названия вида иллит-монтмориллонит, вермикулит-хлорит и т. п., свойства сильно варьируют

3. Развитие химии почв в XVIII-XIX вв.

Начало систематических исследований химических свойств почвы и

составляющих ее веществ относится к XVIII в. Многие исследования

конца XVIII - начала XIX в. оказали решающее влияние на ход дальнейшего

развития науки. Главное значение имели исследования трех

важнейших проблем: 1) почвенного гумуса; 2) поглотительной способности

почв; 3) теории минерального питания растений.

В числе важнейших следует назвать работу Ф. Ахарда (1786), который

действием раствора щелочи на почву и на торф получил темно-

бурый раствор. Прибавление к щелочному экстракту серной кислоты

вызвало выпадение темного, почти черного, осадка. Это вещество позже

получило название гуминовой кислоты, а способ ее выделения, использованный

Ахардом, с некоторыми модификациями сохранился до

наших дней. Десятью годами позже Л. Вокелен выделил аналогичное

вещество из ствола старого вяза, из щелочного экстракта камеди, выделенной

старым вязом. Т. Томсон в 1807 г. назвал это вещество уль^

мином (от ulmus - вяз).

Постановка экспериментальных работ по выделению и анализу

специфических темноокрашенных органических веществ из почвы в той

или иной мере была связана с гумусовой теорией питания растений, которую

очень четко сформулировал шведский ученый И. Валлериус в

книге «Основы сельскохозяйственной химии» (1761). Он считал, что

главным питательным веществом для растений является гумус, тогда

как прочие составные части почвы только создают благоприятные условия

для поглощения гумуса растениями. Эту теорию сформулировал

и широко пропагандировал профессор Берлинского университета

А. Тэер (1752-1828), но после исследований Ж. Б. Буссенго во Франции

и Ю. Либиха в Германии возможность прямого усвоения растениями

сложных органических веществ почвы была практически отвергнута

агрохимиками, хотя в середине XX в. эта проблема вновь приобретает

дискуссионный характер. Исследования 60-70-х гг. XX в. с применением

гумусовых веществ, меченых 14С, подтвердили возможность

поступления высокомолекулярных гумусовых кислот в растения через

корневые системы, хотя размеры такого поступления и его реальная

роль в естественных или агробиоценозах остаются невыясненными.

Исследования Ахарда и его современников имели не только агрономическое,

но и самостоятельное почвенно-химическое значение. Уже с

начала XIX в. появляется целая серия экспериментальных исследований

своеобразных, не известных в то время, органических соединений -

гумусовых кислот, которые извлекали из почв или природных вод.

Подробные исследования состава, растворимости, взаимодействия

гумусовых кислот с солями и аммиаком были выполнены И. Дёберей-

нером (1822), К- Шпренгелем (1826), й. Я. Берцелиусом (1833), а в

период с 1840 до 1860 г. - Г. Мульдером и русским исследователем

Р. Германом. Одновременно делаются попытки получения искусственных

гуминовых кислот (Булле, Малагути и др.).

Следует подчеркнуть, что в XVIII и XIX вв. вопросы сельскохозяйственной

химии, и химии почв в частности, находились в центре внимания

многих великих химиков. В их числе был Й. Я- Берцелиус, детально

исследовавший свойства гумусовых кислот.

Йене Якоб Берцелиус (1779-1848), великий шведский ученый, был

одним из лучших химиков своего времени. Он был членом многих академий,

в том числе иностранным членом Петербургской Академии наук.

Берцелиус создал электрохимическую теорию химических соединений,

с высокой точностью определил атомные веса около 50 элементов, подтвердил

закон постоянных и кратных отношений, создал таблицу атомных

масс, открыл ряд новых элементов, разработал новые методы анализа

и оборудование для химических работ (промывалка, химические

стаканы и др.). Им была создана номенклатура, предложены символы

химических элементов и способы начертания химических формул, используемые

с небольшими изменениями и до настоящего времени. Для

химии почв наибольший интерес представляют его исследования минералов.

Берцелиус впервые ввел термин «силикаты» для кремнийсодер-

жащих минералов и установил, что соотношение окислов металлов и

кремния в силикатах различное и составляет 1:1, 1:2 и 1:3. Это позволило

разделить силикаты на три большие группы. Разработанный им

способ выражения состава минералов по числу входящих в них окислов

не утратил своего значения и теперь. Второе важнейшее для почвоведения

направление в работах Берцелиуса - изучение гумусовых

кислот. Из природных вод он выделил два новых вещества и предложил

для них названия «креновая» и «апокреновая» кислоты, а из разлагающейся

древесины выделил гуминовую кислоту. В «Учебнике химии

» (1839) Берцелиус отводит большой раздел химии гумусовых веществ.

Он рассматривает процессы превращения растительных остатков

в перегной, описывает свойства выделенных им гумусовых кислот

и их соединений с калием, натрием, аммонием, барием, кальцием, магнием,

глиноземом, марганцем, железом, свинцом, медью, ртутью, серебром.

В современных учебниках химии важнейшему классу природных

органических соединений - гумусовым кислотам -не уделяется, к сожалению,

практически никакого внимания.

Второй важнейший этап в развитии экспериментальной химии почв

связан с изучением явления катионообменной способности почв. Английский

фермер Г. С. Томпсон установил, что если промывать колонку

с почвой, к которой предварительно добавлен (NH4)S04, водой, то в

вытекающем из колонки растворе появляется CaS04. Результаты опытов

своих опытах химику Королевского сельскохозяйственного общества

Дж. Т. Уэю, который немедленно развернул экспериментальные исследования

сделал следующие важнейшие выводы.

1. Катионы Na+, K+, NH4+, добавленные к почве в виде солей сильных

кислот, поглощаются почвой, и вместо них в растворе появляются

эквивалентные количества кальциевых солей, т. е. происходит реакция,

описываемая уравнением:

почва+2КС1-»-К2-почва + СаС12.

2. Катионы в виде гидроксидов или карбонатов поглощаются почвой

полностью без вытеснения из почвы кальция или анионов.

3. Кальциевые соли сильных кислот (нитраты, хлориды и сульфаты)

почвой не поглощаются.

4. Поглощение катионов осуществляется глинистыми частицами

почвы, тогда как песок и органическое вещество не играют существенной

5. Нагревание почвы или обработка ее кислотой нарушают способность

почвы поглощать катионы.

6. Поглощение происходит очень быстро, практически мгновенно.

7. Увеличение концентрации добавленной соли повышает количество

поглощенных почвой катионов.

8. Поглощение катионов происходит необратимо.

9. Почвы способны поглощать фосфаты.

Далеко не все выводы Уэя были впоследствии подтверждены; явно

ошибочным было заключение о роли органического вещества, о неспособности

почвы поглощать кальций. В реакциях обмена, очевидно,

участвовали ионы водорода, что могло создать впечатление о полном

поглощении карбонатов и гидроксидов без сопутствующей обменной

реакции. Несмотря на это, основные положения остаются справедливыми

и в наши дни, а выполненные Томпсоном и Уэем эксперименты послужили

отправной точкой для развития нового научного направления,

которое в настоящее время представлено не только учением о поглоти-

тельной способности почвы, но и широким применением в различных

отраслях науки и производства методов и технологических процессов с

применением ионообменников. Значение работ Уэя для последующего

развития науки оказалось столь большим, что профессор университета

штата Кентукки (США) Г. Томас назвал его «отцом химии почв».

Открытие ионного обмена в почвах не сразу и далеко не полностью

было оценено современниками. Даже такой опытный и эрудированный

химик, как Ю. Либих, отказался признать эксперименты правильными,

а затем потребовалось около 30 лет для того, чтобы сделать новый шаг

в изучении закономерностей обмена. Только в период 1877-1888 гг.

Ван Беммелен показал, что и другие катионы, кроме Са2+, могут быть

вытеснены из почв растворами солей.

Якоб-Мартен ван Беммелен (1830-1911) - знаменитый голландский

химик, один из основателей учения об адсорбции. Он провел обширные

исследования химии природных тел, изучал почвы и природные

воды. Особое значение в формировании поглотительной способности

почв Беммелен придавал физическому состоянию почвенного мелкозема,

опираясь на свойства коллоидных систем вообще. В почвах, по

его мнению, содержатся коллоидные аморфные вещества, которые дают

соединения переменного состава, не подчиняющиеся стехиометрическим

законам. Такого рода соединения он назвал «адсорбционными соединениями

». В качестве конкретных носителей поглотительной способности

почв Беммелен указывал на цеолитоподобные силикаты, коллоидную

кремнекислоту, гидроокиси железа, гумус, остатки организмов.

К началу XIX в. относится и развитие представлений о кислотно-

основных свойствах почв. В 1813 г. вышла книга крупнейшего английского

химика Гемфри Дэви (1778-1829), впоследствии президента

Лондонского Королевского общества, «Основы сельскохозяйственной химии

». В этой книге подчеркивалась особая роль извести, которая, по

Дэви, растворяет твердый растительный материал и тем самым улучшает

условия питания растений и способствует созданию хорошей

структуры почвы. Он предложил метод определения карбоната кальция

в почве путем обработки почвы кислотой и последующего определения

в кислотной вытяжке кальция (методом осаждения) или по объему выделившейся

двуокиси углерода. Американский исследователь Э. Руф-

фин попытался применить метод Дэви к американским почвам и в результате

специальных опытов пришел к выводу, что задача известкования

заключается в нейтрализации почвенной кислотности. Книга

Руффина «Этюды об известковых удобрениях» вышла в 1832 г., но только

к началу XX в. были продолжены исследования почвенной кислотности.

Развитие третьего направления в химии почв - теории минерального

питания растений - связано с именем Ю. Либиха. Юстус фон Либих

(1803-1873) сыграл очень большую роль в развитии теоретической

и экспериментальной химии почв. Интересы Либиха были весьма

разносторонними; его часто относят к специалистам в области органической

химии, и считается, что его вклад в развитие органической химии

сравним лишь со значением работ Берцелиуса в неорганической химии.

Вместе с тем трудно переоценить значение его работ для развития

физиологической химии, биохимии и агрохимии. Либих провел многочисленные

анализы растений и опыты по влиянию калийных и фосфатных

солей на развитие культурных растений на песчаной почве.

В книге «Органическая химия в приложении к земледелию и физиологии» 1840 он показал, что растения нуждаются не только в углероде,

кислороде, водороде и азоте, но также в фосфоре, калии, кальции, сере,

магнии, железе и даже кремнии. Изучая вопросы агрохимии, Либих не

ограничился только решением теоретических вопросов, но на основе

расплавов карбоната калия и натрия приготовил искусственное удобрение.

Первые фабричные удобрения, правда, оказались не эффективными.

Было бы неверно, однако, сводить значение трудов Либиха в области

агрономической химии только к проблеме минерального питания

растений и внесения удобрений. Работы Либиха повлияли на последующее

развитие проблем доступности элементов минерального питания

растениям, их подвижности в почвах и, как следствие, проблемы химических

равновесий минеральных компонентов в системе почва - почвенный

Глины и глинистые минералы
Различают понятия "глинистые породы", "глинистые минералы", "глины". В то же время четких определений этих понятий не существует. У разных авторов они трактуются с теми или иными видоизменениями. Излагаемый ниже материал дается по работам П.П. Авдусина, Е.М. Сергеева, Р.Е. Гримма, Ж. Милло, Л.И. Кульчицкого, Н.Я. Денисова, В.Д. Ломтадзе, A.M. Ломтадзе, А.К. Ларионова и др.
Глинистые породы - это обширная группа тонкодисперсных осадочных пород, занимающая промежуточное положение между породами обломочного и химического происхождения. В их составе наряду с обломочными.частицами содержатся тонкодисперсные, размером менее 0,002 мм.
Среди пелитовой фракции обломочных пород, к которой относятся глинистые частицы, различают грубые пелиты (0,002-0,001 мм) и тонкие пелиты (менее 0,001 мм).
Именно у пород, состоящих из частиц размеры которых менее 0,002 мм, наиболее четко проявляются характерные "глинистые" свойства (пластичность, липкость,. низкая водопроницаемость, большая емкость поглощения).
По условиям образования глинистые породы могут быть континентальными, лагунными и морскими.
В работе дается классификация глинистых пород по отдельным признакам: 1) по степени литификации - глинистый ил, глина мягкая, глина уплотненная, аргиллит, аргиллит сланцевый; 2) по содержанию глинистых (менее 0,002 мм) и пылеватых (от 0,002 до 0,05 мм) частиц - глина, глина пылеватая, глина песчаная, суглинок, суглинок пылеватый, супесь; 3) по составу глинистых минералов - , гидрослюдистые, монтмориллонитовые, полиминеральные; 4) по содержанию карбонатного материала - глина, глина известковая мергелистая, мергель глинистый, мергель, мергель известковистый.
Глинами в инженерно-геологической практике называют токодисперсные осадочные породы, в составе которых содержится не менее 30 % частиц диаметром менее 0,002 мм. Глины обладают связностью и пластичностью в природном состоянии или при искусственном увлажнении водой, а при высыхании сохраняют приданную им форму. Из всех известных признаков глин только эти признаки являются устойчивыми и легко устанавливаемыми. Согласно Р.Е. Гримму, термин "глина" употребляется как название породы, а также для обозначения пород, имеющих определенный размер частиц (менее 2 мкм). В общем под глиной подразумевают природный землистый, тонкозернистый материал, который при смешении с ограниченным количеством воды обнаруживает пластичность.
Основную роль в формировании присущих глинам свойств играют глинистые минералы, под которыми понимаются компоненты, составляющие основу глин, представляющие собой группу слоистых и слоисто-ленточных силикатов и имеющие кристаллическую структуру.
Среди глинистых минералов наиболее распространены , гидрослюды (иллиты) и монтмориллониты. Между собой они различаются строением кристаллической решетки с вытекающими из этого различия особенностями свойств минералов и, следовательно, свойств глин и глинистых пород.
Глинистые минералы образуются в результате изменения первичных минералов (полевых шпатов, слюд, хлоритов и т. п.) а также в результате выпадения в виде гелей из коллоидных и химических рестворов.
С учетом преобладающего содержания того или иного глинистого минерала выделяют следующие основные типы глин: , гидрослюдистые и монтмориллонитовые. Каолинитовые глины имеют континентальное происхождение (глины коры выветривания, озерные, болотные, речные, опресненных лагун) и образуются обычно в кислой среде; гидрослюдистые могут быть как континентальными, так и морскими, формируются в кислой, нейтральной и щелочной средах; монтмориллонитовые имеют морское происхождение и образуются преимущественно в щелочной среде.
Свойства глин и их отличия от неглинистых материалов в значительной степени зависят от кристаллохимии их поверхностей. Этот фактор был включен в определение понятия "глинистый минерал", данное Е.М. Сергеевым и Р.И. Злочевской . Под глинистым минералом предлагается понимать высокодисперсные и относительно стабильные минеральные соединения групп водных силикатов слоистого или слоисто-ленточного строения, образовавшиеся преимущественно в процессе химического выветривания горных пород. Их высокая дисперсность, характеризующаяся коллоидными и близкими к ним размерами частиц, достигается благодаря специфике свойств базальных поверхностей микрокристаллов этих частиц.
Развернутое определение глинистого минерала с позиций гидратации базальных поверхностей дано Л.И. Кульчицким . Глинистыми минералами он называет кристаллические водные силикаты, характеризующиеся следующими критериями: 1) слоистым или цепочечно-слоистым типом структуры; 2) высокой степенью дисперсности (размеры кристаллов менее 1-5 мкм); 3) преобладанием адсорбционных центров относительно катионов и молекул воды на базальных поверхностях; 4) меньшей энергией адсорбции на центрах первой категории (базальных поверхностях) по сравнению с энергией адсорбции на центрах второй категории, что служит причиной относительно большой поверхностной дйссоциации глинистых минералов в воде; 5) поверхностной диссоциацией обменных катионов в водной среде, вследствие чего вблизи базисов развиваются глинистые частицы диффузно-гидратного слоя; 6) сильным набуханием при взаимодействии с водой и водными растворами электролитов. Считается, что такое многостороннее раскрытие понятия "глинистый минерал" определяет специфику этой группы минералов как с точки зрения крис-таллохимии и коллоидной химии, так и с точки зрения инженерной геологии.
Под глиной Л.И. Кульчицкий понимает высокодисперсную систему "глинистые минералы - вода", обладающую определенной коагуляционной структурой, все контакты между элементами которой могут осуществляться через прослойки воды с аномальными реологическими свойствами.
Каковы же форма и размеры глинистых частиц? Как уже отмечалось, к глинам относятся породы с преобладанием частиц размером менее 0,002 мм.
Приведем размеры глинистых частиц, полученные Р.Е. Гриммом с использованием электронной микрофотографии. Частицы каолинита представляют собой хорошо образованные шестиугольные чешуйки, часто с преобладающим удлинением в одном направлении. Наибольшие размеры в плоскости чешуек колеблются от 0,3 до 4 мкм, а толщина - от 0,05 до 2 мкм. Могут быть и более крупные частицы. Монтмориллонит на фотографиях предстает в виде беспорядочно расплывчатой массы чрезвычайно малых частиц. Отдельные частицы имеют толщину порядка 0,002 мкм. Некоторые монтмориллониты сравнительно легко разрушаются до чешуек с толщиной, приближащейся к высоте одной элементарной ячейки. Размеры поверхности чешуек примерно в 10-100 раз превышают толщину частиц. Иллит проявляется в виде небольших нечетко обозначенных чешуек, некоторые из, них имеют отчетливую гексагональную форму. Толщина самых тонких частиц приблизительно 3 нм, диаметр от 0,1 до 0,3 мкм. В целом, согласно Р.Е. ГримМу, для частиц каолинита отношение диаметра чешуйки к толщине составляет (2-25),:1, а для монтмориллонита -(100-300): 1.
Глинистая порода, как и любая горная порода, представляет собой естественную трехфазную систему, включающую минеральный компонент, воду и газовую составляющую . Эта система непрерывно изменяется во времени под влиянием внешних и внутренних причин (в основном температуры и давления). Как отмечают Г.К. Бондарик, A.M. Царева и В.В. Пономарев , состав, состояние и свойства горной породы (в том числе и проницаемость) зависят от условий ее формирования и последующей истории развития. Это особенно ярко проявляется в глинистых породах, которые по сравнению с другими породами представляют собой наиболее динамичные системы, достаточно интенсивно изменяющие свой облик на разных стадиях литогенеза и чрезвычайно восприимчивые в отношении структурно-текстурных особенностей и свойств к внешним и внутренним воздействиям. В этой связи кратко остановимся на понятиях структуры и текстуры глинистых пород, используя для этого представления, развитые в работе .
Под структурой горной породы вообще, и глинистой в частности, понимается ее строение, определяемое размером и формой структурных элементов (блоков, агрегатов, зерен и др.), характером их поверхностей и количественным соотношением между разными структурными элементами. Под текстурой горной породы понимается взаимное расположение структурных элементов и их пространственная ориентация. Структура системы, ее текстура и свойства взаимосвязаны.
Текстура породы наследует и отражает черты обстановки литогенеза. Поэтому заслуживает внимания установление зависимостей между коли-чественными показателями структуры породы и процессов, обусловивших формирование горной породы, в том числе ее текстуры. Это в свою очередь позволило бы подойти к реконструкции обстановки, в которой происходило формирование породы.
В работе высказывается интересная мысль о том, что деформация породы представляет собой как бы "память" породы, в которой запечатлены сведения об ее формировании и развитии,

Глинистые минералы, их строение, свойства и значение в почвоведении.

Почва более чем на девяносто процентов состоит из минеральных компонен­тов и содержит основной запас питательных веществ для растений. Почва являет­ся полидисперсной системой и имеет довольно сложный механический, минера­логический и химический состав. В качестве примера в табл. 1.1 приведен средний химический состав твердой фазы почвы (по А. П. Виноградову).

Как видно из таблицы, почти половина твердой фазы почвы приходится на кислород, одна треть - на кремний, свыше 10% -на алюминий и железо и толь­ко 7% - на все остальные элементы. Из всех перечисленных элементов только азот (а также частично углерод, водород, кислород, фосфор и сера) содержится в органической части почвы. Все остальные элементы приходятся на минераль­ную часть почвы, которая состоит из большого числа различных минералов в виде частиц, имеющих размеры от 10 -9 до 10 -3 м и более.

Все минералы, содержащиеся в почве, по происхождению подразделяются на первичные и вторичные. Первичные минералы имеют преимущественно магматиче­ское происхождение. Из них наиболее распространены в почвах кварц (окись кремния), полевые шпаты, амфиболы, пироксены и слюды, т. е. минералы, включающие

Таблица 1.1 Средний химический состав твердой фазы почвы

кислородные соединения кремния. Эти минералы составляют основную массу магматических и почвообразующих пород. В почвах первичные минералы обычно присутствуют в виде более или менее крупных частиц размером от 10 -3 до 10 -6 м, и только очень незначительная часть их имеет более высокую степень дисперсности.

Первичные минералы в условиях земной поверхности неустойчивы и под дей­ствием сил выветривания переходят в более устойчивые соединения - вторичные минералы. Процесс выветривания протекает под влиянием как чисто физических (колебания температуры, ветер, движущая сила воды), так и химических и био­логических факторов. В результате этого из первичных минералов могут образо­ваться вторичные минералы простого состава: гидроксиды железа (II) и (III), алюминия, гидроксид кремния и некоторые другие соединения.

Кроме того, в процессе выветривания образуются также вторичные минералы более сложного строения (алюмо- и феррисиликаты). Эти последние более высо­кодисперсны, чем первичные, и имеют исключительно важное значение в создании основного свойства почвы - ее плодородия.

Все вторичные минералы сложного состава имеют пластинчатое строение и содержат химически связанную воду. Поскольку эти минералы являются важней­шей составной частью различных глин, они получили название глинистых или глинных минералов .

Число глинистых минералов довольно велико, но в почвах наиболее широкое распространение и значение для плодородия имеют в основном три группы мине­ралов: каолинитовая, монтмориллонитовая и гидрослюдистая.

К минералам каолинитовой группы относятся каолинит и галлуазит , а также некоторые другие минералы. Каолинитовые глины содержат примерно 20-25% илистых частиц (меньше 0,001 мм), из них 5-10% частиц коллоидных размеров (меньше 0,25 микрона). Минералы этой группы довольно часто встречаются во многих типах почв. Они имеют сравни­тельно небольшую набухаемость и липкость.

Из минералов монтмориллонитовой группы в почвах наиболее распростране­ны монтмориллонит , бейделлит , нонтронит и некоторые другие. Монтмориллонитовые гли­ны обладают в отличие от каолинитовых высокой набухаемостью, липкостью и связностью. Для них весьма характерным признаком является высокая степень дисперсности (до 80% частиц меньше 0,001 мм, из которых 40-45% меньше 0,25 микрона).

Среди глинистых минералов, встречающихся в почвах, большое место принад­лежит минералам группы гидрослюд. В эту группу входят гидромусковит (иллит) {KAl 2 [(Si, Al) 4 O 10 ](OH) 2 ·nH 2 O}, гидробиотит {K(Mg, Fe) 3 [(Al, Si) 4 O 10 ] (OH) 2 ·nH 2 O} и вермикулит {(Mg, Fe 2+ , Fe 3+) 2 [(A1, Si) 4 O 10 ](OH) 2 ·4H 2 O}.

Глинистые минералы различаются по структуре.

Кристаллическая решетка различных глинистых минералов построена из од­них и тех же элементарных структурных единиц, состоящих из атомов кремния и кислорода, а также из атомов алюминия, кислорода и водорода. Кроме перечис­ленных выше элементов в состав глинистых минералов могут входить Fe, Mg, К, Мn и др. В подавляющем большинстве глинистые минералы имеют слоистое строе­ние и относятся к слоистым силикатам. Как показали новейшие рентгенографиче­ские и электронографические исследования, слои глинистых минералов состоят из сочетания кремнекислородных и кислород-гидроксилалюминиевых соединений.

Установлено, что важнейшие физико-химические и водно-физические свойст­ва почвы - емкость поглощения, гидрофильность, связность, липкость, реакция среды и многие другие - находятся в прямой зависимости от минералогического состава. Теперь известно, что доступность для растений тех или иных питатель­ных элементов в значительной мере зависит от вида минералов, содержащихся в почве, и от степени их дисперсности.

Глинистые минералы в основном сосредоточены в илистой (менее 1 мкм) фракции почв. Составом и строением минералов этой фракции в значительной сте­пени определяется поглотительная способность почвы по отношению к катионам и анионам. Чем выше емкость поглощения почвы, тем больший запас питательных элементов в ней сосредоточен, следовательно, лучше ее потенциальное плодоро­дие.

Минералы группы монтмориллонита обладают не только наибольшей степенью дисперсности, но и наибольшей поглотительной способностью (1,0-1,5 мкг-экв/кг). Эти минералы способны сильно набухать и содержат до 30% связанной воды, ко­торая не может усваиваться растениями. Присутствие минералов монтмориллони­товой группы в почвах всегда положительно сказывается на растениях, обеспечи­вает большее содержание в них необходимых питательных элементов. Однако поч­вы, очень богатые монтмориллонитом, имеют невысокую агрономическую ценность. При высыхании таких почв образуются трещины, водопроницаемость их становит­ся неодинаковой, на поверхности образуется прочная корка. Эти отрицательные свойства монтмориллонита особенно сильно проявляются на почвах, бедных гу­мусом. При достаточном количестве гумуса физико-химические свойства такой поч­вы значительно улучшаются за счет образования водопрочных органо-минеральных агрегатов. Практика показывает, что добавление в сильно деградированные песчаные почвы глин, содержащих минералы монтмориллонитовой группы, по­ложительно сказывается на плодородии.

Минералы каолинитовой группы по своим свойствам резко отличаются от монтмориллонита. Каолинит обладает очень малой емкостью поглощения (0,07- 0,10 мкг-экв/кг); он практически не набухает и содержит весьма незначительное количество воды. Почвы, в которых много этого минерала, вследствие малой ем­кости поглощения отличаются низким плодородием. Сам каолинит не содержит поглощенных оснований и поэтому не является источником питания для растений. Почвы, содержащие много каолинита, хорошо отзываются на внесение в них ка­лия и других оснований.

Минералы группы гидрослюд чрезвычайно богаты легкодоступным для расте­ний калием (до 6-7%). Емкость поглощения гидрослюд в несколько раз выше, чем у каолинита, но в два-три раза меньше, чем у монтмориллонита. Почвы, содержащие много гидрослюдистых минералов, практически не нуждаются в калий­ных удобрениях.

В трудах многих ученых отмечается активное участие глинистых минералов в повышении степени доступности фосфатов почвы, калия и микроэлементов. На­личие в почвах полуторных оксидов, а также токсичного для растений подвижно­го алюминия обусловлено составом и строением высокодисперсных (в том числе и глинистых) минералов. Таким образом, качественный и количественный состав вторичных минералов имеет одно из первостепенных значений в создании основно­го свойства почвы - ее плодородия.

§7. Характеристика жидкого агрегатного состояния.

Жидкости по своим свойствам занимают промежуточное поло­жение между твердыми телами и газами и сходны как с теми, так ис другими. По некоторым свойствам жидкости сходны с газами: они текучи, не имеют определенной формы, аморфны и изотропны, т. е. однородны по своим свойствам в любом направлении. С дру­гой стороны, жидкости обладают объемной упругостью, как твер­дые тела. Они упруго противодействуют не только всестороннему сжатию, но и всестороннему растяжению. Молекулы их стремятся к некоторому упорядоченному расположению в пространстве, т. е. жидкости имеют зачатки кристаллического строения.

Жидко­сти отличаются высокой текучестью и принимают форму того сосу­да, в котором они находятся.

Средней кинетической энергии молекулы жидкости вполне хва­тает, чтобы совершать перескоки из одного положения равновесия в другое, но этой энергии явно недостаточно для того, чтобы пол­ностью преодолеть силы взаимодействия окружающих молекул. Из жидкости вырывается лишь небольшое число наиболее быстрых молекул (процесс испарения). Тепловые движения молекул жидкости не выходят за пределы действия когезионных сил, поэтому жидкости имеют постоянный объем.

Огромную роль в свойствах жидкостей играет объем молекул, их форма и полярность. Если молекулы жидкости полярны, то происходит ассоциация (объединение) двух или более молекул в сложный комплекс (рис. 1.5). В таких жидкостях, как вода, жидкий аммиак, большую роль в ассоциа­ции молекул играет наличие так называе­мой водородной связи.

Свойства жидкостей в значительной ме­ре зависят от степени ассоциации их моле­кул. Как показывает опыт, ассоциирован­ные жидкости обладают более высокой тем­пературой кипения, меньшей летучестью. С повышением температуры комплексы распадаются и тем сильнее, чем слабее силы взаимодействия мо­лекул в комплексе.

Как уже упоминалось в начале этой главы, существуют и так называемые кристаллические жидкости или жидкие кристаллы , которые, будучи жидкостями, обладают, как и кристаллические вещества, анизотропными свойствами. Различают термотропные и лиотропные жидкие кристаллы.

Следует отметить, что частичная упорядоченность молекул характерна для целого ряда биологически важных веществ - белково-липидных систем, холесте­рина, некоторых солей жирных кислот и т. п. Строгая упорядоченность, вообще ха­рактерная для биологических систем, также определяется особым типом органи­зации макромолекулярных структур и по своей сущности является динамической. В живом организме эта упорядоченность поддерживается за счет равновесия между непрерывно идущими процессами распада и образования вещества и свя­зана с увеличением энтропии той системы, в которой находится организм.

§8. Внутреннее трение (вязкость) жидкостей.

Всякое тело при движении испытывает сопротивление среды, в которой оно движется. Если перемешивать стеклянной палочкой воду, сахарный сироп, глицерин, мед и т. п., ощущается сопротив­ление движению палочки. Сила, противодействующая движению тела, носит название силы трения.

Когда тело испытывает сопротивление движению со стороны своих же частиц, противодействующая сила называется внутрен­ним трением или вязкостью . Таким образом, вязкость - это внут­реннее трение, проявляющееся при относительном движении со­седних слоев жидкости и зависящее от сил сцепления (взаимодей­ствия) между молекулами . Во всех жидкостях при перемещении одних слоев относительно других возникают более или менее зна­чительные силы трения, направленные по касательной к поверхно­сти этих слоев. Сила внутреннего трения F прямо пропорциональна площади S трущихся друг о друга слоев жидкости и скорости их движения dU и обратно пропорциональна расстоянию этих слоев dx один от другого:

При выражении силы трения F в ньютонах, dx в м, dU в м/с, a S в м 2 , получим

Вязкость является величиной, характерной для данной жид­кости.

Жидкости, подчиняющиеся уравнению (I.31), получили назва­ние ньютоновских. Однако есть жидкости, которые не подчиняются этому уравнению, например растворы высокомолекулярных соеди­нений.

Вязкость жидкостей в значительной степени зависит от темпе­ратуры: с повышением её вязкость жидкости понижается.

Величина, обратная вязкости, т. е. 1/η, называется текучестью. Эфир, этиловый спирт являются легкотекучими или легкопо­движными, а глицерин, деготь - труднотекучими, или, иначе, ма­лоподвижными жидкостями.

Значение вязкости в природе очень велико. В биологических системах она влияет на протекание ряда важнейших процессов в живом организме. Большую роль вязкость играет в различных технологических процессах в промышленности. В частности, ско­рость движения различных жидкостей по трубам в основном зави­сит от вязкости транспортируемой жидкости.

С понижением вязкости жидкости при нагревании связано по­вышение электрической проводимости растворов электролитов (проводников второго рода).

Глинистые минералы представляют собой гидратированные алюмосиликаты, обычно с частичным замещением алюминия железом и магнием. Они тонкозернисты, обычно менее 5 мкм, а в некоторых случаях их размер измеряется миллимикронами.

Атомная структура большинства глинистых минералов сложена двумя единицами. Одна структурная единица состоит из двух слоев плотноупакованных кислородов или гидроксилов, в которых атомы алюминия, железа, или магния расположены в октаэдрической координации таким образом, что каждый из них находится на равном расстоянии от шести кислородов или гидроокислов. Вторая структурная единица образована кремнекислородными тетраэдрами. В каждом тетраэдре атом кремния одинаково удален от четырех кислородов или гидроксилов, расположенных в форме тетраэдра с атомом кремния в центре, чтобы сбалансировать структуру.

Кремнекислородные тетраэдры сгруппированы таким образом, что создают гексагональную сетку, которая бесконечно повторяется и образует лист состава Sі 4 O 6 (OH) 4 . Тетраэдры расположены так, что все их вершины обращены в одну сторону, а основания лежат в одной и той плоскости. Эту структуру можно рассматривать как структуру, состоящую из перфорированной плоскости кислородных атомов, расположенных в плоскости основания тетраэдрических групп; плоскости атомов кремния с атомами кремния, расположенными в полости в месте соединения трех атомов кислорода и, следовательно образующими гексагональную сетку; плоскости атомов гидроксила, в которой каждый гидроксил расположен непосредственно над кремнием на вершине тетраэдров.

Рис.1. Оксфордская глина (Юра) в Уэймуте (Англия)

Глинистые минералы относятся к двум группам. В каолинитовой группе минерал характеризуется двухэтажной (1:1 слой) решеткой, состоящей из одного октаэдрического или гиббситового слоя, связанного с одним кремнекислородным тетраэдрическим слоем. Эта решетка не расширяется в зависимости от изменяющегося содержания воды и замещения на железо или магний в гиббситовом слое неизвестны. Другая группа глинистых минералов характеризуется трехэтажной (2:1) решеткой. В этом типе решетки октаэдрический алюминиевый слой расположен между кремнекислородными тетраэдрическими слоями. Несколько важных глинистых минералов принадлежит к трехэтажной группе. В монтмориллоните эти трехэтажные ячейки свободно объединяются по оси С, а вода и катионы расположены между ними. Количество воды изменяется таким образом, что величина с варьируется от 9,6 до 21,4 о А. Минерал имеет разбухающую решетку.

Трехслойные соединения могут также объединяться калием, который благодаря соответствующему ионному диаметру и координационным свойствам связывают структуру воедино столь плотно, что расширение невозможно. Глинистая слюда, образованная таким образом, представляет собой иллит. Хлоритовая группа также имеет трехэтажную структуру, характеризующуюся внедрением бруситового слоя Mg(OH) 2 между трехэтажными элементами. В каждой структурной группе возможны многие варианты по составу. Хотя многим из них на основании состава даны специальные названия, можно считать, что каждая группа проявляет беспредельно широкий диапазон состава. Глинистые минералы классифицируются главным образом на основе их структуры.

Основные группы глинистых минералов

Группа каолинита. Главным членом группы каолинита является каолинит, имеет формулу (OH) 8 Al 4 Si 4 O 10 или Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Старинное название этого минерала перешло от китайцев. Кау-линг - «высокая гора»; так называлось месторождение каолина.

Химический состав. Al 2 O 3 39.5%,SiO2 46,5%, H 2 O 14%. Уд. Вес 2,58-2,60. Облик кристаллов. Более или менее хорошо образованные пластинчатые кристаллы исключительно редки и малы по размерам (до 1мм). Весьма вероятно, что они относились не к каолину, а к диккиту или накриту. Чаще наблюдаются обломки обломки изогнутых столбчатых кристаллических образований, в увеличенном виде напонающих дождевых червей. Агрегаты рыхлые, чешуйчатые или плотные тонкозернистые.

Цвет. Отдельные чешуйки и пластинки бесцветны. Сплошные массы- белого цвета, нередко с желтым, буроватым, красноватым, иногда зеленоватым или голубоватым оттенком. Блеск отдельных чешуек и пластинок перламутровый, а сплошных масс - матовый. Твердость около 1. Отдельные чешуйки гибки, но не обладают упругостью. В сухом состоянии землистые массы кажутся тощими на ощупь.

Аноксит подобен каолиниту, за исключением молекулярного соотношения SiO 2:Al 2 O 3 приблизительно равного трем вместо двух, что менее обычно. Диккит и накрит, сходные с каолинитом по составу, но с небольшими отличиями по форме кристаллов, также являются членами данной группы.

Монтмориллонитовая группа , получившая название по главному минералу группы, монтмориллониту, который имеет состав: (OH) 4 AL 4 Si 8 O 10 nH 2 O. Монтмориллонит назван по месту нахождения в Монтмориллоне (Франция). Химический состав непостоянный, сильно зависит от варьирующего содержания воды. По анализам чистых разностей устанавливаются следующие колебания (%): Al 2 O 3 11-22, Fe 2 O 3 0-5и больше (ферримонтмориллонит), MgO 4-9, CaO 0, 8-3, 5 и выше в кальциомонтмориллоните,SiO 2 48-56, H 2 O 12-24. Цвет монтмориллонита белый с сероватым, иногда синеватым оттенком, розовый, розово-красный, иногда зеленый. Блеск. В сухом состоянии матовый. Твердость отдельных чешуек неизвестна. Очень мягкий. Жирный.

Замечательной и чрезвычайно важной в практическом отношении особенностью минералов группы монтмориллонита является их свойство набухать в присутствии воды, а при нагревании постепенно отдавать адсорбированную воду. К минералам группы монтмориллонита относятся существенно магнезиальные, существенно алюминиевые и промежуточные между ними виды. Магний обычно замещает часть ионов алюминия в решетке. В монтмориллонитовую группу входят бейделит, который имеет молекулярное отношение SiO 2:Al 2 O 3 равное трем, и нонтронит, в котором окисное железо замещает алюминий.

Иллитовая, или глинисто-слюдистая группа включает иллит, который имеет общую формулу (OH) 4 Ky(Al 4 Fe 4 Mg 4 Mg 6) (Si 8-y Al y) O 20 , где «y» варьируется от 1 до 1,5. Иллит является разновидностью белых слюд, но отличается от них, вероятно, тем, что содержит меньше калия и больше воды, чем обычно свойственно слюдам. Кроме разновидностей иллита группа содержит глауконит.

Группа хлорита состоит из минералов богатых магнием, которые широко представлены в сланцах и в которых ионы двухвалентного железа занимают видное место. Хлорит имеет химический состав 5(Mg,Fe)O Al 2 O 3 3SiO 2 4H 2 O. Твердость 2-2,5. Удельный вес 2,0-2,8. Блеск от стеклянного до перламутрового. Цвет зеленый. Форма кристаллов – таблички, чешуйки, срастающиеся друзами.

Известно также множество «смешаннослойных» глинистых минералов. Структура этой группы является результатом упорядоченного или неупорядоченного расположения основных глинистых минеральных пакетов друг относительно друга по оси с. В некоторых из них отмечается переслаивание двух- и трехэтажных слоев. Подобные типы смешаннослойного строения обычно называют каолинит-иллитовыми, хлорит-иллитовыми и так далее, вместо того чтобы изобретать новые наименования для каждой смеси.

Помимо основных групп, перечисленных выше, некоторые глинистые минералы реже встречаются и имеют несколько отличную кристаллическую структуру, например, галлуазит (OH) 16 Al 4 Si 4 O 6 , а также менее гидратированный метагаллуазит (OH) 8 Al 4 Si 4 O 10 и аллофан, некристаллический взаимный раствор двуокиси кремния, окиси алюминия и воды в различных пропорциях. В некоторых случаях в глинах обнаруживают вермикулит и палыгорскит (сепиолит и аттапульгит).

Галлузиатовые минералы. Существуют две формы галлузиата, одна из которых имеет состав (OH) 8 Si 4 O 10 , а другая – (OH) 8 Si 4 O 10 4H 2 O. При относительно низких температурах (- + 60°С) последняя форма необратимо дегидратируется и переходит в первую форму. Галлузиатовые минералы построены последовательными слоями такого же структурного состава, как и слои, слагающие каолинит.

Высокогидратированная форма состоит из каолинитовых слоев, разделенных единичным молекулярным слоем водных молекул. Переход в дегидратированную форму вызывается потерей межслоевых водных молекул. По данным Бриндли, при низких температурах (60-75°С) происходит только частичная дегидратация, а для полного удаления межслоевых воды необходима температура порядка 400°С. При более низких температурах образуется частично дегидратированные формы, которые могут быть устойчивыми. В месторождениях галлузиат имеет тенденцию к частичной дегидратации, к образованию частично дегидратированного галлузиата, который в том случае, если месторождение крупное, постепенно переходит с глубиной в гидратированную форму.

Для обозначения различно гидратированного галлузиата существует ряд наименований. Низкогидратированная форма называется галлузиатом или метагаллузиатом, а более высокогидратированная форма – гидратированным галлузиатом, энделитом или галлузиатом.

Аллофановыми минералами являются те компоненты глинистых минералов, которые аморфны по отношению к рентгеновским лучам. Расположение тетраэдрических и октаэдрических единиц по отношению друг к другу в них недостаточно правильное, чтобы сделать возможной дифракцию, или отдельные структурные единицы, которые хорошо упорядочены, слишком малы по размеру, чтобы дать дифракционные эффекты.

Аллофановые компоненты не имеют обычно определенного химического состава или формы. Глины, содержащие аллофан, часто включает большие количества (+ 5%) фосфатного или сульфатного компонента. Кроме того, в них обычно относительно немного щелочей и щелочных земель, что приближает их к монтмориллониту, но последний имеет тенденцию содержать некоторое количество магния.

Вермикулит в глинистых минералах встречается в идее чрезвычайно мелких частиц в смеси с другими глинистыми минералами и часто смешаннослойных постройках. Определить его характерные свойства трудно, а часто невозможно. В связи сэтим до сих пор неизвестны диспергируемость его в воде, а также характерная форма и размер частиц. Структура вермикулита подобна структуре хлорита, за исключением того, что в структуре вермикулита межслоевые ионы магния гидратированы чаще, чем чем это имеет место в структуре брусита. Расположение молекул воды вокруг ионов магния и относительно большой заряд на поверхности кристаллической решетки по сравнению с монтмориллонитом, по-видимому, препятствуют набуханию минерала при обработке полярными молекулами. Однако межслоевая вода легко удаляется при нагревании до температуры порядка 100°С, а кристаллическая решетка минерала сжимается почти до 10 А 0 , подобно монтмориллониту, отличаясь в этом отношении от хлорита.

Визуально структуру аттапульгита можно представить в виде пучка брусочкоподобных структурных единиц, закономерно скрепленных вместе их длинными сторонами. Наружная сторона такого пучка брусочкоподобных частиц будет иметь вид «плато и каналов» или желобов, а их внутренняя часть будет состоять из чередующихся твердых брусочков и вытягнутых каналов с угловатым поперечным сечением.

Структура сепиолита сходна со структурой аттапульгита, отличаясь от нее главным образом размером брусочковидных структурных единиц и замещениями в пределах структуры. В сепиолите эти брусочкоподобные структурные единицы примерно на 50% шире, чем в аттапульгите. В структуре сепиолита существуют редкие замещения ионов магния или кремния. Встречается в волокнистых разновидностях с древовидным асбестом, в гидротермальных жилах, а также в виде землистых масс в озерных и морских отложениях.

Палыгорскиты давно известны под названиями «горная бумага», «горный картон», «горное дерево». Палыгорскиты являются алюмомагнезиальными силикатами, к которых алюминий и магний присутствуют приблизительно в равных количествах. Для этих минералов характерно волокнистое строение.