Arcillas

ARCILLAS
1. Características generales de las arcillas
Las arcillas constituyen casi el 70% de la corteza terrestre y la mayor ventaja de estos materiales, aparte de su disponibilidad, es que debido a su estructura laminar, obligan a que una reacción química se produzca en un plano y no en el espacio tridimensional, lo que hace que ésta sea mucho más rápida. Además, la facilidad para modificarsus propiedades adecuándolas a las necesidades concretas de la aplicación a la que son destinadas, justifica su utilización. Se define la arcilla como una roca sedimentaria consistente en mezclas de distintos minerales, esencialmente silicatos hidratados de aluminio, hierro o magnesio, junto a diversas impurezas, en forma de partículas cristalinas extremadamente pequeñas y en proporcionesvariables.

Figura. Representación esquemática de la capa tetraédrica (superior) y octaédrica (inferior).
La estructura cristalina de las arcillas está formada principalmente por dos grupos: grupos de sílice tetraédricos y grupos de alúmina octaédricos. Los grupos del mismo tipo están unidos entre sí hexagonalmente formando capas de tetraedros y octaedros (figura). La estructura final resulta de lacondensación de ambas capas para formar las láminas. Para ello se comparten los oxígenos apicales de la capa tetraédrica con los oxígenos libres de la octaédrica. Si un mineral de arcilla presenta un empaquetamiento de una capa tetraédrica y una octaédrica se denomina de tipo 1:1; de una octaédrica entre dos tetraédricas, de tipo 2:1; y si son dos de cada uno, tipo 2:2. En los huecos octaédricos sealojan generalmente Al3+ o Mg2+. Si el ión es el Mg2+, se ocuparán todos los huecos y tendremos una configuración trioctaédrica, pero si es el Al3+, debido a su mayor carga, sólo se ocuparán 2/3 de los mismos, dando lugar a la estructura dioctaédrica. El Si4+ y el Al3+ de la capa tetraédrica y octaédrica respectivamente, pueden ser sustituidos por otros elementos que posean un radio iónico adecuadopara adaptarse en la estructura. Este fenómeno, llamado sustitución isomórfica, es responsable de muchas propiedades de los minerales de arcilla. Así, un catión Si 4+ puede ser reemplazado por un Al 3+, y un catión Al 3+ por un Mg 2+, Mn 2+, Ca 2+, Ni 2+. Debido a esto, se ha provocado una densidad de carga negativa, compensada por cationes que se encuentran en el espacio interlaminar (cationes decambio), que son normalmente intercambiables y su número constituye la capacidad catiónica de cambio (CCC) de una arcilla, lo cual nos da una idea cualitativa y cuantitativa de la tendencia del mineral a la intercalación. Se define como los miliequivalentes (meq) de cationes intercambiables por 100 g de arcilla.
2. Estructura de las arcillas
El término "bentonita" fue sugerido por primera vez porKnight en 1898 para un material arcilloso de propiedades jabonosas procedente de “Benton Shale” (Wyoming, USA). Actualmente, la definición más ampliamente aceptada es la dada por Grim (1972): “Bentonita es una arcilla compuesta esencialmente por minerales del grupo de las esmectitas con independencia de su génesis y modo de aparición”. Desde este punto de vista la bentonita es una roca compuestapor más de un tipo de minerales, aunque son las esmectitas sus constituyentes esenciales y las que le confieren sus propiedades características. En la literatura actual, el material arcilloso al que nos referimos se le denomina indistintamente como bentonita o montmorillonita. El grupo de las esmectitas, al que pertenece la bentonita, tiene empaquetamiento 2:1, es decir, consta de dos láminastetraédricas de sílice con una lámina octaédrica central de aluminio (figura), carga por sustitución isomórfica entre 60 y 120 meq/100g y cationes hidratados entre sus láminas. Los tetraedros comparten los vértices de sus bases y los sitúan en un mismo plano, estando el vértice opuesto a la base dirigido hacia la capa octaédrica con la que comparte el O2-, de modo que los cationes octaédricamente...