KRZEMIANY I GLINOKRZEMIANY WARSTWOWE

Podstawowym elementem struktury krzemianów warstwowych jest warstwowy anion krzemotlenowy [Si

4

O

10

]

4-

,

zbudowany z tetraedrów [SiO

4

]

4-

, łączących się trzema narożami tlenowymi leżącymi na jednej płaszczyźnie. Pozostałe

czwarte, wolne naroża są skierowane w jedną stronę, tworząc aktywną powierzchnię warstwy tetraedrycznej. Tak utworzona
sieć płaska jest zbudowana najczęściej z pierścieni sześciobocznych, a jej wymiary mierzone w płaszczyźnie poziomej mogą
być dowolnie duże.

Istnienie aktywnych powierzchni warstw anionów krzemo- czy glinokrzemo-tlenowych umożliwia wiązanie ich z

warstwami metalohydroksylowymi o koordynacji kationów LK 6. Warstwa metalohydroksylowa nosi nazwę warstwy
oktaedrycznej, w której ośmiościany są ułożone ukośnie czterokrotną osią symetrii tak, że jedna z ich ścian wyznacza dolną
powierzchnię warstwy, a druga, równoległa, górną. Połączone są one ze sobą krawędziami.

Struktura krzemianów warstwowych składa się z rytmicznie powtarzających się pakietów, nakładających się w kierunku osi Z.
Pakiety natomiast składają się z warstw.
Wyróżnia się dwa rodzaje warstw:

1 – warstwa tetraedryczna
2 – warstwa oktedryczna (metalohydroksylowa). Powstaje z warstwy tetraedrycznej poprzez przyłączenie dodatkowych

grup [OH]

-

. W wyniku tego tworzy się płaska sieć tleno-hydroksylowa, która po związaniu z równoległą do niej siecią

metaliczną złożoną z kationów o średnich wielkościach promieni jonowych, najczęściej Al

3+

lub Mg

2+

tworzy warstwę

oktaedryczną (metalohydroksylową).

Możliwe

są

dwa

zasadnicze

sposoby

wiązania

warstw

krzemotlenowych

(tetraedrycznych)

i

warstw

metalohydroksylowych (oktaedrycznych) w pakiety, które są charakterystycznymi elementami struktury krzemianów
warstwowych:

1.

Warstwa metalohydroksylowa jest jednostronnie połączona z warstwą tetraedryczną i w wyniku tego tworzy się
motyw strukturalny określany jako pakiet typu 1:1. Przykładami są kaolinit A1

4

[(OH)

8

|Si

4

O

10

] i antygoryt Mg

6

[(OH)

8

| Si

4

O

10

].

2. Warstwa metalohydroksylowa (oktaedryczna) jest zamknięta między dwiema warstwami tetraedrycznymi zwróconymi

do siebie aktywnymi powierzchniami. Tego rodzaju pakiety określa się jako typ 2:1. Przykładami są:
pirofyllit Al

2

[(OH)

2

| Si

4

O

10

], oraz talk Mg

3

[(OH)

2

|Si

4

O

10

]. W zależności od tego czy wśród możliwych trzech pozycji

oktaedrycznych obsadzone są dwie czy trzy wyróżnia się dioktaedryczne i trioktaedryczne krzemiany pakietowe.
Krzemian dioktaedryczny - pirofyllit - zawiera we wzorze dwa Al

3+

o koordynacji LK 6, podczas gdy

trioktaedryczny talk zawiera trzy Mg

3+

o takiej samej koordynacji na jeden formalny anion [Si

4

O

10

]

4-

.

3. Szczególną budowę mają pakiety chlorytów, w których między pakietami trójwarstwowymi 2:1 istnieje dodatkowa

warstwa. Są to pakiety trój- jednowarstwowe typu 2:1:1.

Minerały o budowie pakietowej odznaczają się doskonałą łupliwością według dwuścianu podstawowego, tj. w

kierunku

wyznaczonym

przez

płaszczyzny

warstwowych

anionów

krzemotlenowych

(w

efekcie słabych wiązań międzypakietowych).

Wskutek wietrzenia, miki tracą część

międzypakietowych kationów alkaliów lub ziem
alkalicznych, które są zastępowane przez kation
hydroniowy [H

3

O]

+

lub przez H

2

O

-

w efekcie

tworzą się hydromiki, np. hydromuskowit (illit).

W montmorillonitach słabe oddziaływanie

pakietów z kationami wymiennymi ułatwia
wnikanie w przestrzenie międzypakietowe drobin
H

2

O. Ujawnia się to zdolnością pęcznienia tych

minerałów. Są to minerały pęczniejące.

cechy fizyczne krzemianów i Al-krzemianów
warstwowych:

doskonała

łupliwość

jednokierunkowa, połysk szklisty, jedwabisty, woskowaty itp.
minerały pegmatytowe – zwykle duże rozmiary (np.: muskowit, biotyt), min ilaste zwykle mikroskopijne – niedostrzegalne

gołym okiem.

−

powstawanie - magmowe, metamorficzne, „wietrzeniowe”, hydrotermalne (patrz przeobrażenia
krzemianów)

−

występowanie w skałach – granity, gnejsy, łupki serycytowe / chlorytowe, azbesty (chryzotylowe),
szarogłazy, gliny, iły, gleby, pegmatyty i inne.

Klasyfikacja krzemianów i Al-krzemianów warstwowych uwzględnia:

•

układ warstw (pakietów)

•

kationy, zespół kationów pomiędzy warstwami

•

kationy w warstwach oktaedrycznych i tetraedrycznych (mogą być wymieniane)

Grupa 1. Grupa kaolinitu i serpentynu
Grupa 2. Grupa pirofyllitu i talku
Grupa 3. Miki
Grupa 4. Grupa montmorillonitu (smektyty) i pokrewne
Grupy 5. Wermikulity
Grupa 6. Chloryty
Grupa 7. Grupa pałygorskitu
Grupa 8. Inne krzemiany i glinokrzemiany warstwowe oraz pokrewne

Ogromne znaczenie dla strefy wietrzenia skał zasobnych w glinokrzemiany, także jako surowce ceramiczne i in., mają

minerały ilaste. Są to najbardziej rozpowszechnione składniki skał ilastych (glin, iłów, łupków itp.) oraz gleb. Nie stanowią
odrębnej ściśle zdefiniowanej grupy minerałów. Minerałami ilastymi są minerały należące do:

podgrupy kaolinitu łącznie z allofanami,

podgrupy pirofyllitu,

podgrupy montmorillonitu,

podgrupy wermikulitu,

podgrupy hydromik,

pałygorskit,

Minerały ilaste posiadają zespół charakterystycznych cech:

1.

Ogromna powierzchnia właściwa wynikająca z budowy warstwowej oraz z drobnych rozmiarów.

2.

cząstki ilaste posiadają zazwyczaj ładunek ujemny. Powoduje on przyciąganie przez powierzchnię minerału ilastego

ogromnej ilości kationów. Taki

3.

Zdolności sorpcyjne kationów i cząsteczek wody (adsorpcja i absorpcja) przez min ilaste (!).

4.

W stanie wilgotnym są plastyczne, po wysuszeniu kruche

5.

niektóre minerały zwiększają objętość ze wzrostem wilgotności i kurczą się przy wysychaniu.

6.

bardzo małe rozmiary kryształów (niedostrzegalne gołym okiem) kilka mikrometrów.

minerały ilaste – frakcja ilasta, frakcja pelitowa

Często opisując najdrobniejsze frakcje osadu błędnie używa się nazwy „frakcja ilasta”. Wynika to z tego że minerały

ilaste mają bardzo małe rozmiary (kilka mikrometrów [µm

]

).

•

frakcja ilasta to frakcja składająca się głównie z minerałów ilastych.

•

frakcja pelitowa to frakcja składająca się z ziaren o

∅

< 0,004 mm (4 µm).

MINERAŁY ILASTE O STRUKTURACH MIESZANYCH

Istotną cechą krzemianów i glinokrzemianów pakietowych jest zdolność tworzenia struktur mieszanych, tj. składających się z
różnych pakietów, np. pakietów talku, smektytów, wermikulitu, chlorytów, illitu i in. ( 1:1, 2:1, 2:1:1) wzajemnie
nawarstwionych w kierunku osi Z. Przyczyną tworzenia się utworów tego rodzaju jest chwiejność warunków chemicznych i
fizycznych w strefie wietrzenia, zwłaszcza w części bezpośrednio podlegającej wpływom czynników klimatycznych,
wykazujących silne zmiany w ciągu doby i w okresach dłuższych. Są to istotne składniki gleb i skał osadowych, np. glin, iłów,
łupków, bentonitów itp.

Ważną ich cechą jest zdolność wymiany kationów na pozycjach wymiennych. To stwarza możliwość modyfikowania

ich własności jako składników gleb i jako tworzyw przemysłowych. Minerały mieszanopakietowe odgrywają zatem istotną rolę
w rolnictwie i w działach technologii wykorzystujących surowce ilaste (np. ceramika, chemia).

Mieszanopakietowe minerały ilaste tworzą się także w strefie działalności hydrotermalnej niskich temperatur, również

jako produkt degradacji krzemianów i glinokrzemianów o strukturach uporządkowanych, np. mik (biotytu, muskowitu),
połączonej z usuwaniem kationów międzypakietowych, np. K

+

, lub zastępowaniem ich innymi.

W Polsce mieszanopakietowe minerały ilaste są rozpowszechnionymi składnikami wielu skał ilastych - glin, łupków ilastych
itp. Minerały ilaste o nieuporządkowanych strukturach mieszanopakietowych stanowią główne składniki iłów
montmorillonitowych karbonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (Milowice, Radzionków i in.). Obecne są także, w dużych
ilościach, w iłach występujących w nadkładzie kujawskich złóż węgla brunatnego, siarki rodzimej w Piasecznie i Machowie
koło Tarnobrzegu.

GRUPA KAOLINITU I SERPENTYNU

Podgrupa Kaolinitu: Kaolinit, Chryzokola, Haloizyt

Kaolinit - rozpowszechniony produkt wietrzenia skaleni i innych glinokrzemianów.
Powstaje w środowisku kwaśnym (pH < 5), np. w strefie przeobrażania materiału roślinnego w węgiel brunatny, działania wód
juwenilnych zasobnych w CO

2

itp. Główny składnik kaolinów, glin ogniotrwałych i ceramicznych, łupków i innych skał

pochodzenia lądowego. Znany również jako składnik utworów powstałych w strefie działalności hydrotermalnej. Tworzy
robakowate agregaty w łupkach ogniotrwałych, a także w innych skałach.
W Polsce kaolinit występuje jako składnik kaolinów, glin ogniotrwałych i ceramicznych oraz iłów kaolinitowych. Jest
eksploatowany głównie na Dolnym Śląsku oraz w północnej części obrzeżenia mezozoicznego Gór Świętokrzyskich.
Podstawowy surowiec przemysłu ceramiki szlachetnej (porcelana, porcelit itp.) i materiałów ogniotrwałych, a także przemysłu
gumowego, papierniczego i szeregu innych. Skały kaolinitowe odgrywają rolę także w innych gałęziach ceramiki i w
przemyśle szamotowych materiałów ogniotrwałych.

Chryzokola – minerał strefy utlenienia kruszców miedzi (!)

Foleryty są to ciemnozielone wypełnienia szczelin przecinających skały osadowe, zwłaszcza łupki ogniotrwałe. Znane z
karbonu Nowej Rudy (Dolny Śląsk), gdzie wykazano istnienie dwóch ich odmian: kaolinitowej i dickitowej, utworzonych
niemal wyłącznie z kaolinitu czy dickitu.

Dickit - jest podobny do kaolinitu, pod względem chemicznym identyczny. Powstaje w środowiskach hydrotermalnych i
osadowych. Współwystępuje z kaolinitem.

Podgrupa serpentynu (antygoryt, chryzotyl) –

Antygoryt – często tworzy pseudomorfozy po oliwinach i OPx
Chryzotyl – charakteryzuje się budową „rurkową” tzn warstwy zwinięte są na kształt rurek – występuje w postaci skupień
włóknistych (azbesty). Powstaje w środowisku hydrotermalnym jako produkt przeobrażenia krzemianów zasobnych w Mg
(Ol, Px, Amf, biotytu). Wykorzystywany jest do produkcji materiałów ogniotrwałych.

Talk: Minerał skał metamorficznych facji zieleńcowej. Tworzy łupki talkowe oraz skały talkowo-magnezytowe i talkowo-
chlorytowe. Współwystępuje z aktynolitem, klinochlorem i kwarcem. Składnik serpentynitów. Pojawia się w marmurach
dolomitowych. Rzadko bywa obecny w skałach osadowych.

Inne minerały warstwowe

Muskowit,
serycyt (dronokrystaliczny muskowit),
biotyt,
lepidolit,
glaukonit

,

chloryty
fuchsyt,
pirofyllit,