Las Arcillas - Quimica

ARCILLAS

Los suelos estn formados por partculas slidas, fluidos, gases y espacios vacos, pudindose clasificar en funcin del tamao de las partculas en dos tipos :

Suelos de grano grueso o granulares (con tamao de grano predominante superior a 0,075 mm), formados principalmente por cuarzo, feldespato y calcita; y sulfatos, sales y vidrios volcnicos, con menos frecuencia.

Suelos de grano fino o suelos finos (con un porcentaje superior al 50% de tamao igual o inferior a 0,075 mm), formados principalmente por limos y minerales de arcilla, como Caolinitas, Ilitas, Esmectitas y materia orgnica, entre otros.

Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que son, en su mayor parte, productos finales de la meteorizacin de los silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas, en el medio exgeno se hidrolizan

La superficie de cada partcula de arcilla posee carga elctrica negativa. La intensidad de la carga depende de la estructuracin y composicin de la arcilla. As la partcula atrae a los iones positivos del agua (H+) y a cationes de diferentes elementos qumicos, tales como Na+, K+, Ca++, Mg++, Al+++, Fe+++, etc. Cada partcula individual de arcilla se ve rodeada de una capa de molculas de agua orientadas en forma definida y ligadas a su estructura (agua adsorbida).

Las Caolinitas son menos susceptibles de intercambiar sus cationes que las Montmorilonitas, y las IIlitas poseen esta la propiedad en grado intermedio. La capacidad de intercambio crece con el grado de acidez de los cristales, es decir es mayor si el pH del suelo es menor; la actividad catinica se hace notable, en general, para valores del pH menores que 7. La capacidad de intercambio tambin crece con la velocidad y concentracin de la solucin que circule por la masa de suelo.

RESUMEN DE LAS PROPIEDADES Y OCURRENCIA DE LAS ARCILLAS

PROPIEDADES UGRUPOSOCURRENCIALA CAOLINITAILLITACLORITAMONTMORILONITATamao de partculas (en micras)4.0 - 0.30.3 - 0.10.3 - 0.10.2 - 0.02Intercambio relativode ionesligeromoderadomoderadograndeAdsorcin relativade agualigeramoderadamoderadamuy grandePermeabilidadRelativagrandemoderadamoderadapequeaPlasticidadRelativaligeramoderadomoderadograndeOcurrenciaPedlferosPresentes en en los suelosLateritaPedocalesalgunosPedocalesOcurrencia en sedimentos recientescomnabundantecomncomnOcurrencia en sedimentos antiguoscomnabundantecomncomn

COMPOSICION

Las importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus propiedades fsico-qumicas. Dichas propiedades derivan, principalmente, de:

Su extremadamente pequeo tamao de partcula (inferior a 2 micras)

Su morfologa laminar (filosilicatos)

Las sustituciones isomrficas, que dan lugar a la aparicin de carga en las lminas y a la presencia de cationes dbilmente ligados en el espacio interlaminar.

TAMAOS DE LAS ARCILLAS

Hoja1

MEDIDAS DE LOS GRANOS

DE LAS ARCILLAS

mm.micras

0.0022.0

0.000980.98

0.000490.49

0.000240.24

0.000120.12

0.000060.06

Ambos tipos de suelo se diferencian a partir delanlisis granulomtrico. Las partculas de los suelosgranulares suelen comportarse de forma estable y resistente

Los suelos finos forman estructuras laminares, de comportamiento muy variable, siendo geotcnicamente inestables.

Los suelos granulares (clsticos) no son plsticos y la resistencia depende bsicamente del ngulo de rozamiento interno, que a su vez est condicionado por la forma, tamao y grado de empaquetamiento de las partculas slidas, considerndose a estos suelos como friccionales

Los suelos finos son plsticos, y la resistencia depende tanto del rozamiento interno entre partculas slidas, como de las fuerzas de cohesin existentes entre ellas, por lo que tambin se los denomina suelos cohesivos

Formacin de las arcillas y su composicin qumica

Interaccin del ciclo de las rocas con el ciclo de las aguas

FACTORES QUE INFLUENCIAN LA MOVILIDAD DE LOS IONES METLICOS Los cationes ms comunes en las rocas son el Al3+, Fe3+, Ti4+, Mg2+, Ca2+, Na+, y K+, como los valores del pH en los medios naturales vara de 4 a 9, hay que ver que influencia tiene el pH en su solubilidad. La slice no est afectada por las variaciones del pH, mientras que en otros iones depende del estado de oxidacin en que se encuentren, as como el Fe (0H)3 precipita el Fe a pH = 3, mientras que en condiciones normales de alteracin permanece en el ambiente, con el Fe(0H)2 se requiere un pH muy alto (pH = 10), para que precipite el Fe, sin embargo si el ambiente es oxidante, se estabiliza en estado frrico insoluble, ya que el potencial redox decrece al subir el pH y la oxidacin del Fe es ms real en ambientes alcalinos.

Los factores que controlan el pH en los medios alterados son: Accesibilidad del oxgeno atmosfrico. Presencia o ausencia de materia orgnica. La oxidacin en las reacciones naturales se produce expontneamente por encima de la zona de saturacin permanente de agua, por debajo de este nivel las condiciones de reduccin dependen de la presencia de materia orgnica.

Las arcillas se forman por intemperismo o alteracin hidrotermal de silicatos ricos en aluminio, despus de lo cual se erosionan, transportan y depositan formando estratos tabulares o lentes o estructuras de capas.

Son silicatos hidratados de aluminio, algunas veces con impurezas de cuarzo y/o limonitas. Las arcillas son plsticas cuando son mojadas reteniendo su forma cuando se secan. Sus propiedades tcnicas dependen del uso que se quiera dar a las arcillas.

El tamao de los cristales es muy pequeo, inferior a 2 m; son los minerales ms abundantes en la superficie de la Tierra, formando parte de los suelos y de las rocas sedimentarias de grano fino.

Ejemplos de reacciones de intemperismo tpicasAl2Si2O5(OH)4(s) + 5H2O = 2H4SiO4 + Al2O3.3H2O(s)caolinita gibbsitaNaAlSi3O8(s) + 5.5H2O = Na+ + OH- + 2H4SiO4 + 0.5Al2Si2O5(OH)4(s)albite caolinitaCaAl2Si2O8(s) + 3H2O = Ca2+ + 2OH- + Al2Si2O5(OH)4(s)anortita caolinita3KAlSi3O8(s) + 2H2CO3 + 12H2O = 2K+ + 2HCO3- + 6H4SiO4 + KAl3Si3O10(OH)2(s) feldespato-K (ortoclasa)mica7NaAlSi3O8(s) + 6H+ + 20H2O = 6Na+ + 10H4SiO4 + 3Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH)2(s)albitamontmorillonita-Na+KMg3AlSi3O10(OH)2(s)+ 7H2CO3 + 0.5H2O = K+ + 3Mg2+ + 7HCO3- + 2H4SiO4 + 0.5Al2Si2O5(OH)4(s)biotitacaolinitaKAlSi3O8(s) + Na+ = K+ + NaAlSi3O8(s)ortoclasaalbita

La estructura de estos minerales est constituida por dos tipos de capas unidas entre s por oxgenos comunes, una formada por tetraedros que se enlazan con los tres oxgenos de los vrtices basales, que tiene un espesor de 3 , y otra formada por octaedros unidos entre s por aristas comunes, cuyo espesor es de 4 . El centro de los tetraedros est ocupado por Si4+ sustituidos frecuentemente por Al3+ y espordicamente por Fe3+.

El centro de los octaedros est ocupado normalmente por Al3+, Mg2+ y Fe2+, a veces por Fe3+, Li+ y otros elementos de transicin. Para mantener la neutralidad elctrica el Al3+, ocupa dos tercios de las posiciones octadricas, mientras que el Mg2+ ocupa la totalidad, diferencindose minerales dioctadricos si contienen aluminio o trioctadricos si contienen magnesio.

Los minerales de arcilla se diferencian envarios tipos en funcin del nmero de capas fundamentales de su estructura, distinguindose a su vez varias especiesen algunos grupos de acuerdo con el gradode ordenamiento y tipo de las sustitucionesisomrficas.

TIPO 1.1 GRUPO DEL CAOLN.Tienen una composicin Al4Si4O10(OH)8, con una capa tetradrica ocupada por Si4+ y una octadricaocupada por Al3+ con un espesor de 7 ; se trata por lo tanto de minerales dioctadricos que apenaspresentan sustituciones isomrficas, aunque se diferencian variasespecies en funcin del grado de desorden en el apilamiento de las capas.

TIPO 2.1 Tienen una estructura formada por dos capas tetradricas y una capa octadrica intercalada, formando un sndwich con un espaciado basal de 9.5 .

Entre estas se tiene a:

GRUPO DE LA ILITA Tiene un espaciado basal de 10 con una carga laminar comprendida entre 0,9 - 0,7, mostrando muchas similitudes con las micas, especialmente con la moscovita. La composicin es muy variada, hasta el punto de ponerse en duda su existencia como mineral en rocas sedimentarias, al hablar de minerales ilticos. Sin embargo, se mantiene el nombre por sus implicaciones en los interestratificados con las esmectitas.

GRUPO DE LA ILITALas partculas detrticas tienen morfologas densas planares, aunque se han descrito Ilitasfibrosas de origen diagentico en areniscas.Una frmula media simplificada tendra la siguiente composicin:

GRUPO DE LAS ESMECTITASTienen una composicin con dos capas tetradricas ocupadas por Si4+ y una octadrica ocupada por Al3+. Al4Si4O10(OH)8Se caracterizan por tener una carga laminar comprendidaentre 0,6 y 0,3;as como la presencia de cationes dbilmente hidratados, lo que favorece la penetracin de molculas de agua.

GRUPO DE LAS ESMECTITAS Entre las Esmectitas dioctadricas la montmorillonita es el mineral ms frecuente; la carga laminar es octadrica como se deduce de la frmula estructural ideal:

Na0.33(Al1.67 Mg0.33)Si4 O10 (OH)2 Destaca en las esmectitas la propiedad de incorporar agua de hidratacin desde 0 al 100% de humedad. Los cationes interlaminares quedan rodeados de molculas de agua incrementando el espaciado basal

La caolinita cuando est bien ordenada aparece formando columnas pseudo hexagonales. La haloysita pertenece a este grupo; muestra un alto grado de desorden, encontrndose una variedad a 7 y otra a 10 . Esta ltima incorpora una capa de agua de 2.9 entre dos capas tetradricasoctadricas de 7 . La capa de agua se pierde irreversiblemente a 60, reducindose el espaciado a 7 . La haloysita presenta frecuentemente morfologas tubulares, y en otros casos formas irregulares o globulares

INFLUENCIA DE LA COMPOSICION MINERALOGICA EN LA PLASTICIDAD

INFLUENCIA DE LA MINERALOGIA EN LA RESISTENCIA

CAMBIO DE VOLUMEN EN FUNCION DE LA COMPOSICION MINERALOGICA

INFLUENCIA DE LA COMPOSICION MINERALOGICA EN LA COMPRESIBILIDAD

Cargas elctricas en las arcillas y sus asociaciones elementales

Estructuras de fIoculacin en arcillas. A) Formasde fIoculacin. B) Estructura fIoculada en medioacuoso

Estructuras de dispersin en arcillas. A) Formas de dispersin. B) Estructura dispersa en medio acuoso

Reordenamiento de partculas e ndice de poros en funcin de la presin de consolidacin

Las Arcillas - Quimica

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