基本结构单元与云母相似,所不同的是层间阳离子不是K+,而是水化度较高的Ca2+、M g2+、Na+等交换性离子。因此,层间结合着大量水分子或其他极性分子,引起晶层沿Z轴膨胀,晶层间距随离子种类和水化程度变化于1.2~1.9nm
2∶1型膨胀性层状硅酸盐的族名,包括二八面体的蒙脱石亚族和三八面体的皂石亚族。
蒙皂石颗粒极细,晶层重叠凌乱,从X射线衍射谱虽可区分出二八面体和三八面体两大类型,但晶层内原子排布无法测定,只好从云母和叶蜡石等类似矿物间接推断。其结构普遍采用的是何夫曼(U.Hofmann)等最先提出、后经马歇尔(C.E.M arshall)和汉德烈克斯(S.B.Hendricks)修改过的模型,如图所示。基本结构单元与云母相似,所不同的是层间阳离子不是K+,而是水化度较高的Ca2+、M g2+、Na+等交换性离子。因此,层间结合着大量水分子或其他极性分子,引起晶层沿Z轴膨胀,晶层间距随离子种类和水化程度变化于1.2~1.9nm,干燥脱水后可收缩到1.0nm以下。
二八面体型蒙皂石的结构
八面体内主要由铝占据,由于同晶置换作用而形成一系列类质同象矿物,最典型的是贝得石、蒙脱石和绿泥石。
贝得石是富铝的成员,SiO2/Al2O3,比率只有3,八面体中的阳离子主要是Al3+,很少被Mg2+置换,负电荷主要来自四面体片中Al3+置换Si4+。爱达荷州布莱克杰克矿区的贝得石钠饱和时的结构式是Na0.90K0.02([Si6.96Al0.04]O19.96(OH)4,在电子显微镜下呈带状,有些折断成碎片。
蒙脱石又称微晶高岭石,是含镁较多的二八面体矿物,负电荷主要来自八面体片内Mg2+置换Al3+,一个顶替一个同时产生一个负电荷。可以有少数Fe3+或Fe2+置换Al3+。四面体片中铝很少,SiO2/Al2O3比率约为4。结构式可写为:Mx(Al4-xMgx)Si3O20(OH)4。M代表层间的交换性阳离子,x为同晶置换作用产生的净负电荷,一般为0.5~0.9,高者可达1.2,远比蛭石少。层间为水化的Ca2+、Mg2+、Na+、H+等阳离子,也常有一些K+。按八面体中镁的多少和分布可把蒙脱石分为两种类型:①cheto型,含镁较多,Mg2+置换Al3+达1/4,Mg2+作有序分布,可能有部分四面体颠倒,颗粒较大,层电荷高;②怀俄明型,含镁少,分布无序,颗粒细,层电荷低。
绿脱石是富铁的成员,主要含高价铁,低价铁和镁都很少,八面体片内不等价置换的可能性较少,负电荷产生于四面体中Al3+和Fe3+对Si4+的置换,相当于富铁的贝得石。
八面体主要由Mg2+占据,其次是Fe3+和Al3+,锌、铬、铜、镍、钛、锰、钒等也可存在,有时可达相当高的量。最典型的是皂石,其八面体片中2价阳离子占的位置可达85%,比三八面体云母(75%)还高,八面体片比四面体片大得多。因为Fe2+比Mg2+还大,所以,八面体片内只能以Mg为主。Fe3+和Al3+置换Mg2+可以缓和结构单元间的矛盾,但会带来额外正电荷。负电荷主要来自四面体片中Al3+置换Si4+,这种置换还可使四面体片稍稍扩大,所以,八面体片内3价阳离子的多少几乎与四面体片内Al3+量的多少成直线相关。皂石的结构式为:。式中R3+代表Fe3+和Al3+。净电荷一般在1左右。由于晶层内应力的存在,导致晶体呈长条形。
天然蒙皂石以蒙脱石最常见。由各种岩浆岩蚀变而成的膨润土的主要矿物是蒙脱石,有时也含贝得石,同时或多或少夹杂一些石英、方英石、斜长石、黑云母等。由膨润土的化学成分和残留的矿物组成看来,原岩应是长英质的。蚀变类型多种多样,有地表风化、地下水蚀变、热液蚀变和岩浆期后蚀变等,有时几种蚀变叠加一起。蚀变作用本质上是脱玻、水化、结晶。土壤中蒙皂石的来源有二,即云母类矿物转变和风化、蚀变产物的合成。由云母、水云母或蛭石转变来的蒙皂石电荷高,由火山灰、闪石、辉石、长石等风化、蚀变形成的蒙皂石电荷低。形成土壤蒙皂石的主要条件是活性氧化硅和镁离子的浓度足够高。气候温凉有利于蒙皂石的积累。中国北方土壤中一般都含有蒙皂石,栗钙土更为突出。东北的灰化土和青藏高原东南边缘的漂灰土中也有很多蒙皂石。华南的气候条件虽不利于蒙皂石的形成,但仍有局部含蒙皂石的土壤。黑色石灰土和玄武岩风化壳上的水稻土所含的蒙皂石,是地形低洼和母质含2价阳离子两种因素所起的作用;海南由片岩发育的幼年土和火山喷出岩所成的土壤中的蒙皂石是土壤处于早期发育阶段的象征。此外,河流淤积物和湖积物所成的土壤和紫色页岩发育的土壤都可从母质继承蒙皂石。
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