Las Arcillas - Quimica

ARCILLAS

Los suelos están formados por partículas sólidas, fluidos, gases y espacios vacíos, pudiéndose clasificar en función del tamaño de las partículas en dos tipos : 1) Suelos Suelos de gran grano o grue grueso so o granul granulare ares s (con (con tama tamaño ño de grano predominante superior a 0,075 mm), formados principalmente por cuarzo, feldespato y calcita; y sulfatos, sales y vidrios volcánicos, con menos frecuencia. 2) Suel Suelos os de de gran grano o fino fino o sue suelo los s fino finos s (con (con un porcentaje superior al 50% de tamaño igual o inferior a 0,075 mm), formados principalmente por limos y minerales de arcilla, como Caolinitas, Ilitas, Esmectitas y materia orgánica, entre otros.

Los suelos están formados por partículas sólidas, fluidos, gases y espacios vacíos, pudiéndose clasificar en función del tamaño de las partículas en dos tipos : 1) Suelos Suelos de gran grano o grue grueso so o granul granulare ares s (con (con tama tamaño ño de grano predominante superior a 0,075 mm), formados principalmente por cuarzo, feldespato y calcita; y sulfatos, sales y vidrios volcánicos, con menos frecuencia. 2) Suel Suelos os de de gran grano o fino fino o sue suelo los s fino finos s (con (con un porcentaje superior al 50% de tamaño igual o inferior a 0,075 mm), formados principalmente por limos y minerales de arcilla, como Caolinitas, Ilitas, Esmectitas y materia orgánica, entre otros.

Las arcillas son constituyentes esenciales de

gran

parte de los suelos suelos y sedimentos debido a que son, en su mayor parte, productos finales

de la

meteorización de los silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas, en el medio exógeno se hidrolizan

La superficie  de cada partícula de arcilla posee

carga eléctrica negativa. La intensidad  de la carga

depende

de

la

estructuración

y

composición  de la arcilla. Así la partícula atrae a los iones positivos del agua (H+) y a cationes de diferentes elementos químicos, tales como Na+, K+, Ca++, Mg++, Al+++,

Fe+++, etc.

Cada partícula

individual de arcilla se ve rodeada de una capa de moléculas 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 catiónica se hace notable, en general, para valores del pH menores que 7. La capacidad de intercambio también crece con la velocidad y concentración de la solución que circule por la masa de suelo.

RESUMEN DE LAS PROPIEDADES Y OCURRENCIA DE LAS ARCILLAS PROPIEDADES U OCURRENCIA

GRUPOS LA CAOLINITA

ILLITA

CLORITA

MONTMORILONITA

4.0 - 0.3

0.3 - 0.1

0.3 - 0.1

0.2 - 0.02

ligero

moderado

moderado

grande

ligera

moderada

moderada

muy grande

grande

moderada

moderada

pequeña

Relativa

ligera

moderado

moderado

grande

Ocurrencia

Pedálferos

en los suelos

Laterita

Pedocales

algunos

Pedocales

común

abundante

común

común

común

abundante

común

común

Tamaño de partículas (en micras) Intercambio relativo de iones Adsorción relativa de agua Permeabilidad Relativa Plasticidad Presentes en

Ocurrencia en sedimentos recientes Ocurrencia en sedimentos antiguos

COMPOSICION

Las importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus propiedades físico-químicas. Dichas propiedades derivan, principalmente, de: a) Su extremadamente pequeño partícula (inferior a 2 micras)

tamaño

de

b) Su morfología laminar (filosilicatos) c) Las sustituciones isomórficas, que dan lugar a la aparición de carga en las láminas y a la presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar.

TAMAÑOS DE LAS ARCILLAS MEDIDAS DE LOS GRANOS DE LAS ARCILLAS

mm.

micras

0.002

2.0

0.00098

0.98

0.00049

0.49

0.00024

0.24

0.00012

0.12

0.00006

0.06

Ambos tipos de suelo se diferencian a partir del análisis granulométrico. Las partículas de los suelos granulares suelen comportarse de forma estable y resistente

Los suelos finos forman estructuras laminares, de

comportamiento

muy

geotécnicamente inestables.

variable,

siendo

Los suelos granulares (clásticos) no son plásticos y la resistencia depende básicamente

del ángulo de rozamiento interno, que a su vez está condicionado por la forma, tamaño y grado de empaquetamiento de las partículas sólidas, considerándose a estos suelos como friccionales

  Los suelos finos son plásticos, y la resistencia depende tanto del rozamiento interno entre partículas sólidas, como de las fuerzas de cohesión existentes entre ellas, por lo que también se los denomina suelos cohesivos

Formación de las arcillas y su composición química

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

FACTORES QUE INFLUENCIAN LA MOVILIDAD DE LOS IONES METÁLICOS

Los cationes más comunes en las rocas son el Al3+, Fe3+, Ti4+, Mg2+, Ca2+, Na+, y K+, como los valores del pH en los medios naturales varía de 4 a 9, hay que ver que influencia tiene el pH en su solubilidad.

La sílice no está afectada por las variaciones del pH, mientras que en otros iones depende del estado de oxidación en que se encuentren, así como el Fe (0H)3  precipita el Fe a pH = 3, mientras que en condiciones normales de alteración 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 férrico insoluble, ya que el potencial redox decrece al subir el pH y la oxidación del Fe es más real en ambientes alcalinos.

Los factores que controlan el pH en los medios alterados son: a) Accesibilidad del oxígeno atmosférico. b) Presencia o ausencia de materia orgánica. La oxidación en las reacciones naturales se produce expontáneamente por encima de la zona de saturación permanente de agua, por debajo de este nivel las condiciones de reducción dependen de la presencia de materia orgánica.

Las arcillas se forman por intemperismo o alteración hidrotermal de silicatos ricos en aluminio, después 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 plásticas cuando son mojadas reteniendo su forma cuando se secan. Sus propiedades técnicas dependen del uso que se quiera dar a las arcillas.

El tamaño de los cristales es muy pequeño, inferior a 2

μm;

son los minerales más

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 típicas  Al2Si2O5(OH)4(s) + 5H2O = 2H4SiO4 + Al2O3.3H2O(s)

caolinita

gibbsita

NaAlSi3O8(s) + 5.5H2O = Na+ + OH- + 2H4SiO4 + 0.5Al2Si2O5(OH)4(s)

albite

caolinita

CaAl2Si2O8(s) + 3H2O = Ca2+ + 2OH- + Al2Si2O5(OH)4(s)

anortita

caolinita

3KAlSi3O8(s) + 2H2CO3 + 12H2O = 2K+ + 2HCO3- + 6H4SiO4 + KAl3Si3O10(OH)2(s)

feldespato-K (ortoclasa)

mica

7NaAlSi3O8(s) + 6H+ + 20H2O = 6Na+ + 10H4SiO4 + 3Na0.33 Al2.33Si3.67O10(OH)2(s)

albita

montmorillonita-Na+

KMg3 AlSi3O10(OH)2(s)+ 7H2CO3 + 0.5H2O = K+ + 3Mg2+ + 7HCO3- + 2H4SiO4 + 0.5Al2Si2O5(OH)4(s)

biotita

caolinita

KAlSi3O8(s) + Na+ = K+ + NaAlSi3O8(s)

ortoclasa

albita

La estructura de estos minerales está constituida por dos tipos de capas unidas entre sí por oxígenos comunes, una formada por tetraedros

que se enlazan con los tres oxígenos de los vértices basales, que tiene un espesor de 3 Á, y otra formada por octaedros unidos entre sí por aristas comunes, cuyo espesor es de 4 Á. El centro de los tetraedros está ocupado por Si4+ sustituidos

frecuentemente

esporádicamente por Fe3+.

por

Al3+

y

El

centro de los octaedros está ocupado

normalmente por Al3+, Mg2+ y Fe2+, a veces por Fe3+, Li+  y otros elementos de transición. Para mantener la neutralidad eléctrica el Al3+, ocupa dos tercios de las posiciones octaédricas, mientras

que

diferenciándose

el

Mg2+  ocupa minerales

la

totalidad,

dioctaédricos

si

contienen aluminio o trioctaédricos si contienen

magnesio.

Los minerales de arcilla se diferencian en varios tipos en función del número de capas fundamentales de su estructura, distinguiéndose a su vez varias especies en algunos grupos de acuerdo con el grado de ordenamiento y tipo de las sustituciones isomórficas.

Tienen una composición Al4Si4O10(OH)8, con una capa tetraédrica ocupada por Si4+ y una octaédrica ocupada por Al3+ con un espesor de 7 Á; se trata por lo tanto de minerales dioctaédricos que apenas presentan sustituciones isomórficas, aunque se diferencian varias especies en función del grado de desorden en el apilamiento de las capas.

TIPO 1.1  – GRUPO DEL CAOLÍN.

TIPO 2.1 Tienen una estructura formada por dos capas tetraédricas y una capa octaédrica intercalada, formando un «sándwich» con basal de 9.5 Á. Entre estas se tiene a:

un espaciado

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

GRUPO DE LA ILITA Las partículas detríticas tienen morfologías densas planares, aunque se han descrito Ilitas fibrosas de origen diagenético en areniscas. Una fórmula media simplificada tendría la siguiente composición:

Tienen una composición con dos capas tetraédricas ocupadas por Si4+ y una octaédrica ocupada por Al 3+. Al4Si4O10(OH)8 Se caracterizan por tener una carga laminar comprendida entre 0,6 y 0,3;así como la presencia de cationes débilmente hidratados, lo que favorece la penetración de moléculas de agua.

GRUPO DE LAS ESMECTITAS

GRUPO DE LAS ESMECTITAS Entre las Esmectitas dioctaédricas la montmorillonita es el mineral más frecuente; la carga laminar es octaédrica como se deduce de la fórmula estructural ideal: Na0.33(Al1.67 Mg0.33)Si4 O10 (OH)2 Destaca en las esmectitas la propiedad de incorporar agua de hidratación desde 0 al 100% de humedad. Los cationes interlaminares quedan rodeados de moléculas de agua incrementando el espaciado basal

La caolinita cuando está bien ordenada aparece formando columnas pseudo hexagonales. La haloysita pertenece a este grupo; muestra un alto grado de desorden, encontrándose una variedad a 7 Á y otra a 10 Á. Esta última incorpora una capa de agua de 2.9 Á entre dos capas tetraédricasoctaédricas de 7 Á. La capa de agua se pierde irreversiblemente a 60°, reduciéndose el espaciado a 7 Á. La haloysita presenta frecuentemente morfologías 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

INFLUENCIA DE LA COMPOSICION MINERALOGICA EN LA COMPRESIBILIDAD

Cargas eléctricas en las arcillas y sus asociaciones elementales

Cargas eléctricas en las arcillas y sus asociaciones elementales

Estructuras de fIoculación en arcillas. A) Formas de fIoculación. B) Estructura fIoculada en medio acuoso

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

Reordenamiento de partículas e índice de poros en función de la presión de consolidación