Minerały ilaste - wtórne minerały wietrzeniowe - uwodnione krzemiany glinu , niekiedy magnezu o strukturze warstwowej (pakietowej) lub warstwo - wstęgowej
Warstwy elementarne: 1. Tetraedryczna krzemowo - tlenowa 2. Oktaedryczna metalo-tleno-hydroksylowa
Typy pakietów (warstwy strukturalne): dwuwarstwowe o typie budowy 1:1 [warstwa oktaedrów (Al) jest trwale i jednostronnie połączona z warstwą tetraedrów (Si)] trójwarstwowe o typie budowy 2:1 [warstwa oktaedrów zamknięta jest między dwoma warstwami tetraedrów zwróconych do siebie wierzchołkami
Podział minerałów ze względu na układ warstw i rozmiary przestrzeni międzypakietowych
Minerały ilaste na podstawie budowy dzieli się na:
dwuwarstwowe: • grupa kaolinitu (kandyty) -kaolinit, hydrohaloizyt i dickit. trójwarstwowe:
• grupa hydromik: illit i hydromuskowit, • grupa montmorillonitu (smektyty): montmorillonit i beidellit, • grupa wermikulitu: wermikulit. allofany -formy bezpostaciowe, Al2xSiO2xnH2O.
1. Powierzchnia właściwa -cząstki ilaste ze względu na ich drobne wymiary posiadają dużą powierzchnię zewnętrzną. Jednak nie stanowi ona ich całkowitej powierzchni właściwej, na którą składa się dodatkowo powierzchnia wewnętrzna, czyli między pakietowa. Największą powierzchnię właściwą mają minerały trójwarstwowe (grupa montmorillonitu), najmniejszą zaś minerały dwuwarstwowe (grupa kaolinitu)
2. Elektroujemne ładunki -cząstki ilaste posiadają zazwyczaj ładunek ujemny. Ładunek ten wynika w głównej mierze przez zastępstwo kationów w sieci krystalicznej (zastępstwo izomorficzne) o zbliżonych rozmiarach ale różnej wartościowości. Najczęściej krzem w tetraedrach jest zastępowany przez glin, a glin w oktaedrach przez magnez. Dzięki tym zjawiskom powstaje charakterystyczny dla każdego minerału ładunek stały utrwalony już w strukturze minerału. Inne źródło ładunków ujemnych to polaryzacja grup Al -OH na powierzchniach zewnętrznych i krawędziach. Zależnie od pH może następować oddysocjowanie protonu lub jego przyłączanie . Pojawia się wtedy ładunek zmienny lub zależny od pH
3.Właściwości fizyczne -w zależności od uwilgotnienia minerały ilaste wykazują odmienne właściwości. W stanie wilgotnym są one plastyczne i maziste, zaś w trakcie suszenia kurczą się, przechodząc w zwięzły i silnie scementowany materiał. Właściwości te decydują fizycznych szeregu właściwości fizycznych gleb, takich jak pęcznienie i kurczliwość, czy plastyczność i lepkość W minerałach dwuwarstwowych (grupa kaolinitu) poszczególne pakiety związane są trwale wiązaniami wodorowymi (wodór grup OH oktaedrów). Wiązania te są na tyle silne, że nie dopuszczają do zwiększenia przestrzeni między pakietowych i uniemożliwiają wchodzenie wody i dodatkowych kationów. Zdolności sorpcyjne tych minerałów są ograniczone tylko do ich powierzchni zewnętrznych. Pomiędzy pakietami montmorillonitu występują slabe siły międzycząsteczkowe (siły van der Waalsa), króre nie sąw stanie przeciwdziałać wnikaniu wody i kationów wymiennych. Odległości między pakietowe tego minerału mogą sie
zwiększać nawet dwukrotnie (duże zmiany objętości). Wysoka zawartość montmorillonitu w glebach przyczynia się do wzrostu ich zdolności do pęcznienia i kurczliwości, a także plastyczności i lepkości.
W pakietach illitu (grupa hydromik) około 20% jonów Si4+ jest podstawione jonami Al3+. Wywołane tym podstawieniem ładunki ujemne są rekompensowane występującymi w przestrzeniach między pakietowych kationami potasu. Wielkość promienia jonowego potasu jest zbliżona do rozmiaru przestrzeni między pakietowej, dzięki czemu jony te są zasorbowane trwale, działają usztywniająco na sąsiadujące pakiety i uniemożliwiają
wchodzenie wody. Struktura illitu nie jest zatem rozciągliwa, a związane jony potasu nie są dostępne dla roślin. Sorbowanie zachodzi tu głównie na powierzchni zewnętrznej minerału.
Struktura wermikulitu jest do pewnego stopnia rozciągliwa. W przestrzeniach między pakietowych, oprócz jonów Mg2+ równoważących ujemny ładunek pakietów, mieszczą się dwie warstwy cząsteczek wody. Dzięki temu kationy wymienne mogą być sorbowane również w przestrzeniach między pakietowych.
Wtórne minerały glinokrzemianowe powstały w większości z takich minerałów pierwotnych jak skalenie, miki, amfibole i pirokseny
Istnieją dwie drogi powstawania minerałów wtórnych: • stosunkowo niewielkie przekształcenie fizyczne minerałów pierwotnych, • całkowity rozpad minerałów pierwotnych i rekrystalizacja minerałów wtórnych z niektórych produktów tego rozpadu
Geneza minerałów ilastych
Przekształcanie minerałów może być inicjowana przez reakcje chemiczne, w wyniku których następuje usuwanie pewnych rozpuszczalnych składników z sieci krystalicznej i zastępowanie ich przez inne. Przykładem tego typu przekształcenia może być proces przeobrażania muskowitu w uwodnioną mikę. W trakcie procesu wietrzenia następuje uwolnienie pewnej ilości potasu z sieci krystalicznej i wnikanie na jego miejsce cząsteczek wody. Sieć krystaliczna rozluźnia się i traci sztywność. Jednocześnie w pakietach strukturalnych następuje wzrost ilości krzemu w stosunku do glinu. Dalsze uwalnianie potasu i podstawianie niektórych atomów glinu przez magnez prowadzi do powstawania montmorillonitu. Przykłady te ukazują strukturalne podobieństwo różnych minerałów ilastych. W wyniku stopniowego przechodzenia od jednego minerału do drugiego może dochodzić do powstawania minerałów przejściowych, nazywanych mieszanopakietowymi .Posiadają one właściwości pośrednie pomiędzy dwoma grupami minerałów, od których pochodzą ich nazwy, np. "illito-montmorillonit", "chloryto-illit" itp.
Rekrystalizacja
Krystalizacja minerałów ilastych z rozpuszczalnych produktów wietrzenia innych minerałów wydaje się bardziej istotna dla ich genezy niż powstawanie na drodze fizycznych przekształceń. W takich warunkach dochodzi do formowania kaolinitu, krystalizującego z roztworów zawierających rozpuszczalne związki glinu i krzemu. Proces ten prowadzi do całkowitej przebudowy struktury minerałów pierwotnych i jest wynikiem znacznie bardziej intensywnego wietrzenia niż omówiony powyżej proces przekształcania. Rekrystalizacja umożliwia powstanie wielu różnych minerałów ilastych z danego minerału pierwotnego, w zależności od działających czynników wietrzenia oraz rodzaju jonów obecnych podczas krystalizacji w roztworze. Poszczególne minerały ilaste różnią się miedzy sobą genezą. Uwodnione miki, których przedstawicielem jest illit mogą powstawać zarówno na drodze przeobrażenia mik (łyszczyków), jak i na drodze rekrystalizacji w środowiskach bogatych w potas z produktów rozpadu minerałów takich jak skalenie. Chloryty powstają w wyniku przeobrażenia zasobnego w magnez i żelazo biotytu -minerału należącego do grupy łyszczyków. Dalsze przeobrażanie i wietrzenie chlorytów prowadzić może do
powstawania illitu lub wermikulitu, który w następnej kolejności przechodzić może w montmorillonit. Powstawanie montmorillonitu związane jest z warunkami niezbyt silnego wietrzenia, słabo kwaśnym lub alkalicznym odczynem środowiska i obecnością nadmiaru magnezu. Może on powstawać przez rekrystalizację z różnych minerałów pierwotnych, a także w wyniku przeobrażania innych minerałów ilastych, np. chlorytu, illitu i wermikulitu. Kaolinit reprezentuje najbardziej zaawansowane stadium wietrzenia. Powstaje on w wyniku rozkładu krzemianów w środowisku kwaśnym bądź silnie kwaśnym, ubogim w kationy zasadowe. Rozpuszczalne związki glinu i krzemu mogą w odpowiednich warunkach rekrystalizować, tworząc kaolinit. Rozkład kaolinitu prowadzi do powstania tlenków glinu i rozpuszczalnej krzemionki.