Arcillas Minerologia

Apéndice A. Mineralogía de las arcillas.

APÉNDICES. Apéndice A. Mineralogía de las arcillas. Las disposiciones que se describen a continuación son idealizaciones, existiendo en la realidad sustitución de algunos cationes por otros, de diferente carga y tamaño, que distorsionan las siguientes estructuras básicas. La primera unidad estructural es tetraédrica, su centro lo ocupa un ion Si4+ y losvértices iones O2-. La relación resultante del tetraedro es SiO44-. Los tetraedros se disponen en capas paralelas de tal modo que los iones de oxígeno de una de las caras del tetraedro se sitúan en un mismo plano, y por lo tanto cada ion O2- pertenece a dos tetraedros (Si2 O5 2-). Esta formación se une a otra similar compartiendo oxígenos hasta alcanzar la relación, eléctricamente neutra, SiO2(sílice). El segundo tipo de unidad estructural básica es un octaedro formado por un hidróxido de aluminio o de magnesio. Cada ion Al3+ es rodeado por seis iones hidroxilos (OH-) en disposición octaédrica. Estos octaedros se agrupan compartiendo hidroxilos hasta alcanzar las proporciones (Al2 OH6) para la gypsita, o (Mg OH3) para la brucita.

Figura A.1. Unidades básicas de silicatos (Lambe yWhitman 1979).

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APENDICES.

Observemos la figura A.2; si combinamos una capa de brucita encima de una unidad de silicatos obtenemos serpentina Si4 Mg6 O10 (OH)8. La unión de gypsita y sílice, con dos de cada tres iones oxígeno del vértice superior del tetraedro supliendo a hidroxilos del octaedro, forma la caolinita Si4 Al4 O10 (OH)8. La serpentina y la caolinita sonestructuras neutras eléctricamente, y se presentan habitualmente en la naturaleza.

FiguraA.2. Estructura de la serpentina (izquierda) y caolinita (derecha) (Lambe y Whitman 1979).

Una partícula de arcilla no tiene sólo de estas capas dobles, sino que se disponen continuamente una encima de otra. La unión de estas capas se realiza por enlaces de hidrógeno y fuerzas de valencia secundaria. Puedeexistir una carga eléctrica negativa en los minerales serpentina y caolinita debido a la sustitución isomórfica de ion positivo en las capas octaédricas (por ejemplo un catión Mg2+ sustituye a un catión Al3+ causando un balance eléctrico negativo). Estas sustituciones distorsionan la estructura cristalina y la desequilibran eléctricamente, limitando, por tanto, el número de repeticiones de laestructura bicapa y la dimensión final de la partícula arcillosa. Por ejemplo, una partícula de caolinita se forma a partir de unas 115 repeticiones de la estructura de doble capa. La proporción de sustituciones en la caolinita es de una por cada catión Si4+. Un mineral parecido a la caolinita es la haloysita, que consiste en la intercalación en la caolinita de moléculas de agua entre dos capas dobles.Esto provoca que la haloysita se presente en láminas planas. Las placas de tres capas se forman colocando una capa de gypsita o brucita entre dos capas de sílice. En la figura A.3 se esquematizan la estructura resultante de la pirofilita [Si4 Al2 O17 (OH)2]. La moscovita [Si3 Al3 O10 (OH)2 K] , que consiste en la sustitución isomórfica de cationes de aluminio por silicio en la estructura de lapirofilita. La carga eléctrica generada se compensa por la inclusión de cationes potásicos, que sirven de nexo entre triple capa y triple capa.

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FiguraA.3. Estructura de la pirofilita (izquierda) y moscovita (derecha) (Lambe y Whitman 1979).

Los dos minerales compuestos de estructuras de capa triple más abundantes en lanaturaleza son la montmorilonita y la illita. La montmorillonita tiene una estructura semejante a la pirofilita, pero con sustituciones isomórficas de magnesio por aluminio en la capa de gypsita, en proporción 1 a 6, resultando [Si4 Al2 O17 (OH)2]. Esto provoca un balance global negativo que se compensa con cationes intercalados entre capas triples. La importancia de qué catión se incluye entre estas...