점토광물

Clay mineral
학술지는 클레이 미네랄을 참조한다.
영국 웨이머스 인근에 노출된 옥스퍼드 클레이(쥬라기)

점토 미네랄은 수성 알루미늄 필로실라이테이며, 때로는 철, 마그네슘, 알칼리 금속, 알칼리성 접지 및 일부 행성 표면이나 그 근처에서 발견되는 다른 양이 다양하다.

점토 광물은 물이[1] 있는 곳에서 형성되어 생명체에게 중요한 역할을 해 왔으며, 많은 자연 발생 이론이 그것과 관련되어 있다. 그들은 토양의 중요한 성분이며, 예로부터 농업과 제조업에서 인간에게 유용했다.

특성.

클레이 미네랄 카올린나이트의 육각형 시트(SEM 이미지, 1,340배 확대)

클레이는 매우 미세한 결을 가진 지질 물질로, 물에 젖으면 가소성이 생기지만 건조하거나 발사하면 딱딱하고 부서지기 쉬우며 비탄성적이 된다.[2][3][4] 그것은 매우 흔한 재료로 알려져 있는 세라믹 중 가장 오래되었다.[5] 선사시대 인류는 점토의 유용한 성질을 발견하여 도자기를 만드는데 사용했다.[6] 칼륨과 암모늄과 같은 영양분 함량을 유지하는 능력을 포함한 점토의 화학은 토양 다산에 중요하다.[7]

점토의 개별 입자는 크기가 4마이크로미터(0.00016인치) 미만이기 때문에 일반적인 광학이나 물리적 방법으로 특징 지을 수 없다. 점토 광물의 결정 구조는 1930년대에 결정 격자를 해독하는 데 필수적인 X선 회절(XRD) 기법의 진보와 함께 더 잘 이해되었다.[8] 점토 입자는 주로 시트 규산염(phylosilicate) 광물로, 현재는 점토 광물로 함께 묶인 것으로 밝혀졌다. 그들의 구조는 미카 광물군의 것과 유사한 납작한 육각형 시트를 기반으로 한다.[9] 용어 표준화는 또한 이 기간 동안 발생했으며,[8] 시트와 평면과 같이 혼란을 초래한 유사한 단어에 특별한 주의를 기울였다.[8]

점토 광물은 보통(그러나 반드시 그렇지는 않음) 초미세먼지 결이 있기 때문에, 그 식별과 연구를 위해서는 특별한 분석 기법이 필요하다. X선 결정학 외에도 [10]전자 회절법, 뫼스바우어 분광법, 적외선 분광법,[11][10] 라만 분광법,[12] SEM-EDS[13] 등의 다양한 분광법이나 자동화된 광물학[10] 과정이 그것이다. 이러한 방법들은 근본적인 발생이나 애완동물과의 관계를 확립하는 전통적인 기술인 편광 현미경 검사에 의해 강화될 수 있다.[14]

발생

점토 미네랄은 일반적인 풍화 제품(장판 풍화 포함)과 저온 열수 변화 제품이다. 점토 광물은 토양, 셰일, 갯돌, 실트스톤과 같은 미세한 퇴적암과 미세한 변성 슬레이트, 필라이트 등에서 매우 흔하다.[9]

물의 요구조건을 고려할 때, 점토 광물은 태양계에서는 비교적 드물지만, 물이 다른 광물과 유기 물질과 상호 작용한 지구에서는 광범위하게 발생한다. 에쿠스 차스마, 마월스 발리스, 멤노니아 쿼드랑글, 엘리시움 쿼드랑글 [15]등 화성의 여러 곳에서 점토 광물이 검출됐다. 스펙트로그래피는 목성의 달 유로파뿐만 아니라 [17]왜성 케레스와[16] 템펠 1을 포함한 소행성에 그들의 존재를 확인했다.[18]

구조

점토 광물의 사면 시트 구조 보기 아피컬 산소 이온은 분홍색이다.

모든 필로실리테이트와 마찬가지로 점토 미네랄은 2차원 코너 공유 시트(corner sharing)로 특징지어진다. SiO4 사방면 또는 AlO 팔방면4. 시트 단위는 화학적 성분(Al, Si)3O가4 있다. 각 실리카 사면체는 3개의 꼭지점 산소 이온을 다른 사면체와 공유하여 2차원의 육각 배열을 형성한다. 네 번째 산소 이온은 다른 4면체와 공유되지 않으며 모든 4면체 "점"은 동일한 방향으로 공유된다. 즉, 모든 비공유 산소 이온은 시트의 동일한 면에 있다. 이러한 비공유 산소 이온을 아피알 산소 이온이라고 한다.[19]

클레이에서 사면 시트는 알루미늄이나 마그네슘과 같은 작은 양이온으로 형성된 팔면 시트에 항상 접합되며, 6개의 산소 원자에 의해 조정된다. 사면시트의 비공유 꼭지점 역시 팔면시트의 한 면을 구성하지만, 6면시트의 중심에 있는 사면시트의 간격 위에 추가 산소원자가 위치한다. 이 산소 원자는 점토 구조에서 OH 그룹을 형성하는 수소 원자에 결합된다. 클라이는 사면체와 팔면시트를 층으로 포장하는 방식에 따라 분류할 수 있다. 각 층에 사면체 1개와 팔면체 1개만 있으면 점토는 1:1 점토로 알려져 있다. 2:1 점토로 알려진 대안은 각 시트의 비공유 정점이 서로를 향하고 팔면 시트의 각 면을 형성하는 사면 시트를 두 개 가지고 있다.[19]

사면체 시트와 팔면체 시트 사이의 결합을 위해서는 사면체 시트가 골판되거나 비틀어져 육면체 배열에 이직 변형을 일으키고 팔면체 시트가 평평해지도록 해야 한다. 이것은 결정체의 전반적인 결합-밸런스 왜곡을 최소화한다.[19]

4면체 및 8면체 시트의 구성에 따라 층은 전하가 없거나 순 음전하가 발생한다. 레이어가 충전된 경우, 이 전하량은 Na+ 또는+ K와 같은 레이어 간 계량 또는 단독 옥타헤드 시트로 균형을 맞춘다. 중층부는 또한 물을 포함할 수 있다. 결정 구조는 겹겹이 쌓인 층으로 이루어져 있다.[19]

분류

점토 광물은 1:1 또는 2:1로 분류할 수 있다. 1:1 점토는 사면체 시트 한 장과 팔면체 시트 한 장으로 구성되며, 예로는 카올리나이트와 독사체로 구성된다. 2:1 점토는 두 개의 사면체 시트 사이에 끼워진 팔면체 시트로 구성되며, 예로는 탈크, 진피석, 몬모릴로나이트 등이 있다. 1:1 클라이의 층은 충전되지 않고 층간 수소 결합에 의해 결합되지만, 2:1 층은 순 음전하를 가지며 개별 양이온(일라이트 내 칼륨 또는 스몰테이트 내 나트륨 또는 칼슘 등) 또는 양전하 옥타헤드 시트(염소산염과 같이)에 의해 결합될 수 있다.[9]

점토 광물은 다음과 같은 그룹을 포함한다.

혼합 층 점토 변화는 위의 그룹 대부분에 존재한다.[9] 주문은 무작위 또는 규칙적인 명령으로 설명되며, 독일어로 사정거리 또는 도달거리라는 용어로 더 자세히 설명된다. 예를 들어 문학 기사는 R1이 주문한 일라이트-스미트를 참조할 것이다. 이 유형은 일라이트-스미트-일라이트-스미트-스미트(ISIS) 방식으로 주문할 것이다. 반면 R0은 무작위 주문을 기술하고 있으며, 다른 고급 주문 유형도 발견된다(R3 등). 완벽한 R1 타입의 혼합층 점토 광물들은 종종 그들만의 이름을 얻는다. R1 주문 염소산염은 코렌사이트로 알려져 있고, R1 일라이트산염은 rectrite로 알려져 있다.[24]

점토 광물 식별 기준 요약 - 점토 광물 식별을 위한 참조 데이터
점토 카올리나이트 탈수된 홀로이 사이트 수성 한로이사이트 일라이트 헤르미쿨라이트 스멕타이트 염소산염
X선 rf(001) 7 7 10 10 10–14 10–18 14
글리콜(mg/g) 16 35 60 60 200 300 30
CEC(meq/100g) 3 12 12 25 150 85 40
KO2(%) 0 0 0 8–10 0 0 0
DTA 끝. 500–660° + 샤프* 엑소. 900–975° 샤프 카올리나이트와 동일하나 600피크 슬로프 비율 > 2.5 카올리나이트와 동일하나 600° 피크 경사비 > 2.5 끝. 폭 500–650° 끝. 800~900° 브로드 엑소. 950° 0 끝. 600~750° 끝. 900°. 엑소 950° 끝. 610 ± 10° 또는 720 ± 20°

X선 rf(001)는 X선 결정학에 의해 결정되는 나노미터 단위의 레이어 사이의 간격이다. 글리콜(mg/g)은 글리콜의 흡착 용량으로 점토가 60°C(140°F)에서 에틸렌 글리콜의 증기에 8시간 동안 노출되었을 때 층간 부위를 점유한다. CEC는 점토의 양이온 교환 용량이다. KO2(%)는 점토에 함유된 산화칼륨의 함량 비율이다. DTA는 점토의 차열 해석 곡선을 설명한다.

클레이와 생명의 기원

이 섹션은 Abiogenesis § Clay 가설에서 발췌한 것이다.[편집]

풍부한 점토인 몽모릴로나이트는 RNA의 중합과 지질로부터 막이 형성되는 촉매제다.[26] 점토를 이용한 생명의 기원에 대한 모델은 1985년 알렉산더 케언스 스미스(Alexander Cairns-Smith)에 의해 전달되었고 여러 과학자들에 의해 그럴듯한 메커니즘으로 탐구되었다.[27] 점토 가설은 복잡한 유기 분자가 용액의 규산염 결정체의 기존 비유기적 복제 표면에 점차적으로 발생했다고 가정한다.

렌셀라이어 폴리테크닉 연구소에서 제임스 페리스의 연구는 또한 몬모릴로나이트 점토 광물이 뉴클레오티드를 결합하여 더 긴 사슬을 형성함으로써 수용액에서 RNA 형성을 촉진한다는 것을 확인했다.[28]

2007년 워싱턴 대학의 바트 카와 동료들은 프탈레이트 칼륨의 결정체를 사용하여 결정체가 전달 가능한 정보의 원천으로 작용할 수 있다는 생각을 실험한 그들의 실험을 보고했다. 결점이 있는 '마더' 크리스털을 쪼개어 씨앗으로 사용해 용액에서 '딸' 크리스털을 키웠다. 그리고 나서 그들은 새로운 결정의 불완전성의 분포를 조사하여 어미 결정의 불완전성이 딸들에게서 재생산되는 것을 알아냈지만 딸 결정에도 많은 추가적인 불완전성이 있다는 것을 알아냈다. 유전자 같은 행동이 관찰되려면 이러한 불완전함의 유전량이 후대의 돌연변이의 유전량을 초과했어야 하는데 그러지 못했다. 따라서 Kahr는 그 결정들이 "한 세대에서 다음 세대로 정보를 저장하고 이전할 만큼 충실하지 않다"[29]고 결론지었다.

클라이의 생물학적 응용

점토 광물의 구조적이고 구성적인 다용성은 그들에게 흥미로운 생물학적 특성을 준다. 원반 모양과 충전된 표면 때문에 점토는 다양한 약물, 단백질, 고분자, DNA 또는 다른 고분자와 상호작용한다. 클레이의 적용으로는 약물전달, 조직공학, 바이오프린팅 등이 있다.[30]

모르타르 용법

점토 미네랄은 기계적 성질을 개선하기 위해 라임-메타카올린 박격포에 통합될 수 있다.[31] 전기화학적 분리는 고밀도 그룹 미네랄 농도, 저밀도 미네랄 입자 크기, 보다 컴팩트한 구조, 표면 면적 등을 가진 변형 사포나이트 함유 제품을 얻는 데 도움이 된다. 이러한 특성은 사포나이트 함유 제품의 고품질 도자기 및 헤비메탈 향료의 제조 가능성을 열어준다.[32] 또한, 꼬리 연삭은 세라믹 원료를 준비하는 동안 발생한다. 이 폐기물 재처리는 반응에 미세한 입자가 필요하기 때문에 점토 펄프를 중화제로 사용하는 데 매우 중요하다. 알칼리성 점토 슬러리를 이용한 히스토솔 탈산화에 대한 실험에서는 평균 pH 7.1의 중성화가 첨가된 펄프의 30%에 도달하고 다년생 풀로 실험한 부위가 기법의 효능을 입증했다. 게다가, 방해받은 토지의 매립은 광산 회사의 사회적, 환경적 책임의 필수적인 부분이며, 이 시나리오는 지역 및 지역적 차원에서 지역사회의 필수품을 다룬다.[33]

참고 항목

참조

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