Tonmineralien sind wässrige Schichtsilikate von Aluminium, manchmal mit verschiedenen Verunreinigungen von Eisen-, Magnesium-, Alkali- und Erdalkalimetallen sowie anderen Kationen, die auf oder in der Nähe einiger Planetenoberflächen gefunden werden.
Sie werden in Gegenwart von Wasser gebildet und waren einst wichtig für die Entstehung des Lebens, weil viele Theorien der Abiogenese ihre Rolle in diesem Prozess berücksichtigen. Sie sind wichtige Bestandteile des Bodens und seit der Antike in der Landwirtschaft und Produktion für den Menschen von Vorteil.
Bildung
Tone bilden glatte sechseckige Schichten ähnlich wie Glimmer. Tonmineralien sind übliche Verwitterungsprodukte (einschließlich Verwitterung von Feldspat) und Niedertemperaturprodukte der hydrothermalen Veränderung. Sie kommen sehr häufig in Böden, in feinkörnigen Sedimentgesteinen wie Schiefern, Schlamm- und Schlicksteinen sowie in feinkörnigen metamorphen Schiefern und Phylliten vor.
Eigenschaften
Tonmineralien sind in der Regel (aber nicht unbedingt) ultrafeinkörnig. Es wird allgemein angenommen, dass sie bei der Standardklassifizierung von Partikelgrößen eine Größe von weniger als 2 Mikrometern haben, so dass spezielle Analysemethoden erforderlich sein können, um sie zu identifizieren und zu untersuchen. Dazu gehören Röntgenbeugung, Elektronenbeugungsmethoden, verschiedene spektroskopische Methoden wie Mössbauer-Spektroskopie, Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie und SEM-EDS oder automatisierte Mineralogieprozesse. Diese Methoden können durch die Polarisationslichtmikroskopie ergänzt werden, eine traditionelle Technik, die grundlegende Phänomene oder petrologische Beziehungen herstellt.
Verteilung
Angesichts des Wasserbedarfs sind Tonmineralien im Sonnensystem relativ selten, obwohl sie auf der Erde weit verbreitet sind, wo Wasser mit anderen Mineralien und organischen Stoffen interagiert. Sie wurden auch an mehreren Orten auf dem Mars entdeckt. Die Spektrographie bestätigte ihre Anwesenheit auf Asteroiden und Planetoiden, einschließlich des Zwergplaneten Ceres und Tempel 1 sowie des Mondes von Jupiter Europe.
Klassifizierung
Die wichtigsten Tonmineralien sind in folgenden Clustern enthalten:
- Die Kaolingruppe, zu der die Mineralien Kaolinit, Dikkit, Halloysit und Nakrit (Polymorphe Al2Si2O5 (OH) 4) gehören. Einige Quellen schließen die Kaolinit-Serpentin-Gruppe aufgrund struktureller Ähnlichkeiten ein (Bailey 1980).
- Eine Smektitgruppe, die dioktaedrische Smektite wie Montmorillonit, Nontronit und Beidellit und trioktaedrische Smektite, beispielsweise Saponit, umfasst. Im Jahr 2013 fanden analytische Tests des Curiosity Rovers Ergebnisse, die mit dem Vorhandensein von Smektit-Tonmineralien auf dem Planeten Mars übereinstimmen.
- Illite Gruppe, zu der Tonglimmer gehört. Illit ist das einzige gemeinsame Mineral dieser Gruppe.
- Die Chloritgruppe umfasst eine breite Palette ähnlicher Mineralien mit signifikanten chemischen Variationen.
Andere Arten
Es gibt andere Arten dieser Mineralien wie Sepiolith oder Attapulgit, Tone mit langen Wasserkanälen, die eine innere Struktur aufweisen. Mischschichttonvariationen sind für die meisten der oben genannten Gruppen relevant. Die Bestellung wird als zufällige oder reguläre Bestellung bezeichnet und wird weiter durch den Begriff „Reichweit“ beschrieben, was auf Deutsch „Reichweite“ oder „Abdeckung“ bedeutet. In literarischen Artikeln wird beispielsweise der bestellte Illit-Smektit R1 zitiert. Dieser Typ ist in der Kategorie ISISIS enthalten. R0 beschreibt andererseits die zufällige Reihenfolge. Zusätzlich zu ihnen gibt es auch andere erweiterte Bestellarten (R3 usw.). Tonmischmineralien, die die perfekten Arten von R1 sind, erhalten oft ihre eigenen Namen. Chlorit-Smektit in R1-Ordnung ist als Corrensit, R1-Illit-Smektit-Rektorit bekannt.
Studiengeschichte
Das Wissen über die Natur von Ton wurde in den 1930er Jahren durch die Entwicklung von Röntgenbeugungstechnologien, die für die Analyse der molekularen Natur von Tonpartikeln erforderlich sind, verständlicher. In dieser Zeit entstand auch die Standardisierung der Terminologie mit besonderem Augenmerk auf ähnliche Wörter, die zu Verwirrung führten, wie z. B. ein Blatt und eine Ebene.
Wie alle Schichtsilikate sind Tonmineralien durch zweidimensionale Schichten abgewinkelter SiO4-Tetraeder und / oder AlO4-Oktaeder gekennzeichnet. Blechblöcke haben die chemische Zusammensetzung (Al, Si) 3O4. Jedes Siliziumtetraeder teilt 3 seiner Scheitelpunktsauerstoffatome mit anderen Tetraedern und bildet ein hexagonales Gitter in zwei Dimensionen. Der vierte Scheitelpunkt wird nicht mit einem anderen Tetraeder geteilt, und alle Tetraeder "zeigen" in die gleiche Richtung. Alle nicht getrennten Eckpunkte befinden sich auf einer Seite des Blattes.
Struktur
In Tonen sind tetraedrische Schichten immer an oktaedrische Schichten gebunden, die aus kleinen Kationen wie Aluminium oder Magnesium gebildet und von sechs Sauerstoffatomen koordiniert werden. Der ungeformte Scheitelpunkt der tetraedrischen Schicht bildet ebenfalls einen Teil einer Seite des Oktaeders, aber ein zusätzliches Sauerstoffatom befindet sich über dem Spalt in der tetraedrischen Schicht in der Mitte der sechs Tetraeder. Dieses Sauerstoffatom ist an ein Wasserstoffatom gebunden und bildet eine OH-Gruppe in der Tonstruktur.
Tone können in Abhängigkeit von der Art des Packens von tetraedrischen und oktaedrischen Schichten in Schichten in Kategorien unterteilt werden. Wenn es in jeder Schicht nur eine tetraedrische und eine oktaedrische Gruppe gibt, gehört sie zur Kategorie 1: 1. Eine Alternative, bekannt als Ton 2: 1, hat zwei tetraedrische Schichten mit jeweils einem ungeteilten Scheitelpunkt, die aufeinander zu gerichtet sind und jede Seite der achteckigen Schicht bilden.
Die Verbindung zwischen der tetraedrischen und der oktaedrischen Schicht erfordert, dass die tetraedrische Schicht gewellt oder verdreht wird, was eine ditrigonale Verzerrung der hexagonalen Matrix verursacht, und dass die oktaedrische Schicht ausgerichtet ist. Dies minimiert die Gesamtvalenzverzerrung des Kristallits.
Abhängig von der Zusammensetzung der tetraedrischen und oktaedrischen Schichten hat die Schicht keine Ladung oder ein Negativ. Wenn die Schichten geladen sind, wird diese Ladung durch Zwischenschichtkationen wie Na + oder K + ausgeglichen. In jedem Fall kann die Zwischenschicht auch Wasser enthalten. Die Kristallstruktur wird aus einem Schichtstapel gebildet, der sich zwischen anderen Schichten befindet.
"Tonchemie"
Da die meisten Tone aus Mineralien hergestellt werden, weisen sie eine hohe Biokompatibilität und interessante biologische Eigenschaften auf. Aufgrund der Form der Scheibe und der geladenen Oberflächen interagiert Ton mit einer Reihe von Makromolekülen von Substanzen wie Protein, Polymeren, DNA usw. Einige der Anwendungen des Tons umfassen Arzneimittelabgabe, Tissue Engineering und Bioprinting.
Die Tonchemie ist eine angewandte Disziplin der Chemie, die die chemischen Strukturen, Eigenschaften und Reaktionen von Ton sowie die Struktur und Eigenschaften von Tonmineralien untersucht. Dies ist ein interdisziplinäres Gebiet, das Konzepte und Kenntnisse aus der anorganischen und strukturellen Chemie, der physikalischen Chemie, der Materialchemie, der analytischen Chemie, der organischen Chemie, der Mineralogie, der Geologie und anderen umfasst.
Das Studium der Chemie (und Physik) von Tonen und der Struktur von Tonmineralien ist von großer akademischer und industrieller Bedeutung, da sie zu den am häufigsten verwendeten Industriemineralien gehören, die als Rohstoffe (Keramik usw.), Adsorbentien, Katalysatoren usw. verwendet werden.
