41   oldal


Ásványrendszertan


 

4. Rétegszilikátok (filloszilikátok)

A földkéregben sokféle magmás, metamorf és üledékes kőzet uralkodó vagy járulékos kőzetalkotói a rétegszilikátok. Kőzettani jelentőségüket növeli az a tény, hogy magmás és metamorf kőzetek felszíni vagy hidrotermás mállásából is nagy tömegben képződnek (elsősorban piroxének, amfibolok és földpátok, továbbá kőzetüveg átalakulásából). Emellett különböző talajtípusok ásványi komponensei között is nagyon sokszor megtalálhatók. Összességében mintegy 5%-kal vesznek részt a földkéreg felépítésében. Arányuk a felszínen és a felszín közelben ennél azonban sokkal nagyobb.

Jelenlétük a növényvilág szempontjából nagy fontosságú, hiszen a talaj részben a rétegszilikátok segítségével tartja meg a vizet száraz időjárási viszonyok között. Számos létfontosságú kémiai elemhez pedig a rétegszilikátok közreműködésével jutnak hozzá a növények. Végeredményben az élővilág jelenléte, sőt minősége nagymértékben az adott helyen előforduló rétegszilikátoktól függ.

A rétegszilikátokban az SiO4-tetraéderek három irányba történő összekapcsolódásával rétegek jönnek létre, melynek gyöke (Si2O5)2–. A tetraéderek kationja a Si4+ mellett leginkább az Al3+ lehet. Az így létrejött ún. tetraéderes réteghez azonban – negatív töltésének kiegyenlítésére – oktaéderesen koordinált kationok rétegének, sőt bizonyos esetekben – szintén a töltésegyensúly miatt – további rétegeknek kell kapcsolódniuk. Ilyen módon a tetraéderes és az oktaéderes rétegek együtteséből többféle ún. rétegkomplexum létrejöhet. Mivel a rétegkomplexumok között gyenge kötőerők hatnak, az így felépülő rétegszilikátok közös tulajdonságai: rétegkomplexumokkal párhuzamosan kitűnő hasadás, kis keménység és kis sűrűség. Kristályaik megjelenése a szerkezetnek megfelelően lemezes, vékony táblás, melyek többnyire rugalmasan, ritkábban mereven viselkednek. Az aggregátumalak jellegzetesen pikkelyes-leveles. Fontos azonban megjegyezni, hogy a rétegszilikátok egy jelentős részénél ezek a sajátosságok szabad szemmel nem (csak elektronmikroszkóppal) figyelhetők meg, mert a kristályok mérete roppant kicsiny, néhány mm, vagy nm nagyságú. Ezeket a rétegszilikátokat nevezzük agyagásványoknak, mert agyagkőzetek uralkodó kőzetalkotó komponensei.

A kőzetalkotó rétegszilikátokban minden tetraéderes réteg hatos gyűrűkből áll. Ezért legtöbbször álhexagonális megjelenésűek a kristályaik. Az oktaéderes rétegben lévő kationok általában két vagy három vegyértékűek. Ha két vegyértékűek (pl. Fe2+, Mg2+ esetén), a rétegben minden kationhely betöltött. Ezekben a rétegekben minden egyes O-atomot és (OH)-csoportot három kation övez, ezért ezt trioktaéderesnek nevezzük. Amikor viszont az oktaéderes rétegben három vegyértékű kationok vannak (pl. Al3+, Fe3+), minden hármas kationhelyből csak kettő van betöltve. Ezeknél minden O-atomot és (OH)-csoportot két kation övez, ezeket nevezzük dioktaéderes rétegeknek.

A tetraéderes és oktaéderes rétegek sorakozásából levezethető a legfontosabb rétegszilikátok szerkezete. Legegyszerűbb az egy oktaéderes és egy tetraéderes rétegből álló szerkezeti típus, melyknek alapja a t–o rétegkomplexum. Ha viszont az oktaéderes réteg másik oldalán is van egy tetraéderes réteg, akkor ún. t–o–t rétegkomplexumot kapunk. Tovább bonyolódik a helyzet, ha a tetraéderes rétegben minden negyedik Si4+-t Al3+ helyettesít, mert a két kation töltéskülönbsége miatt negatív töltéstöbblet jelentkezik a t–o–t rétegkomplexumok felületén. Ezt kell kiegyenlíteni a rétegkomplexumok között elhelyezkedő ún. rétegközi kationoknak. Általában ilyen t–o–t  I  t–o–t  I  t–o–t sémával jelölhető szerkezetek építik föl a csillámokat, ahol I a rétegközi (interlamináris) kationt jelöli.

Az eddigiek alapján az oktaéderes és tetraéderes rétegek közötti geometriai illeszkedés alapján mutattunk be néhány rétegszilikát szerkezetet. Vannak azonban olyanok, ahol nem ilyen jó az illeszkedés az egyes rétegek között. Ennek eredménye az lesz, hogy a rétegek nem egy síkot alkotnak, hanem többé-kevésbé deformálódnak. Ez jellemzi többnyire a szerpentinásványokat, itt a rétegek redőzöttséget mutatnak, vagy hengerszerűvé pöndörödnek.

Az alábbiakban a következő sorrendben fogjuk bemutatni a legfontosabb rétegszilikátokat:

  1. Csillám típusú rétegkomplexumok (t-o-t szerkezetek)
     
    1. Pirofillit–talk-csoport
    2. Csillám-csoport
    3. Szmektit-csoport
    4. Klorit-csoport
       
  2. Kaolinit típusú rétegkomplexumok (t-o szerkezetek)
     
    1. Kaolinit–szerpentin-csoport

Csillám típusú rétegkomplexumok

Pirofillit–talk-csoport

Szerkezetükben két tetraéderes réteg között egy oktaéderes réteg helyezkedik el, ezek együtt alkotnak egy t–o–t rétegkomplexumot (nevezik 2 : 1 rétegkomplexumnak is). A talknál minden oktaéderes pozíció a Mg által betöltött (trioktaéderes szerkezet), míg a pirofillitnél minden harmadik oktaéder középpontja betöltetlen (dioktaéderes szerkezet).

A t–o–t rétegkomplexumok elektrosztatikusan semlegesek és gyenge van der Waals kötésekkel kapcsolódnak további rétegkomplexumokhoz. Ez okozza a csoport ásványainak kis keménységét, rétegkomplexumokkal párhuzamos kitűnő hasadását, felszínük zsíros tapintását.

A talk és pirofillit Mg-, illetve Al-gazdag kőzetek kisfokú metamorfózisa, vagy hidrotermás átalakulása során képződik legnagyobb mennyiségben.



A pirofillit szerkezete.

Zöld oktaéderek = Al(O, OH)6, narancssárga tetraéderek = SiO4.


Pirofillit    Al2Si4O10(OH)2 – triklin, monoklin

Krist.: pikkelyes, legyezős halmazok, lemezes kristályok, olykor sugaras elrendeződésben. Sokszor vaskos, finom szemcsés tömegek (szalonnakő).




Pirofillit pikkelyes halmazai




Pirofillit pikkelyei sugaras halmazokba rendeződnek




Pirofillit vaskos tömege (agalmatolit változat)

Fiz.: a {001} véglap sz. kitűnően hasad, hasadási lemezei hajlíthatók, de nem rugalmasak, zsírfényű vagy fénytelen, a hasadási lapon gyöngyházfényű. A további fizikai tulajdonságai aggregátumokra vonatkoznak: zsíros tapintású (zsírkő); K = 1–2; S = 2,7–2,9; áttetsző, átlátszatlan; fehér, vajszínű, halványzöld, barna.

Kém.: kevés Mg, Fe2+ és Fe3+ beépülése az oktaéderes, illetve kevés Al3+ helyettesítés a tetraéderes pozíciókban.

Talk    Mg3Si4O10(OH)2 – triklin, monoklin

Krist.: leveles, pikkelyes, finom rostos halmazok és vaskos, finom szemcsés tömegek formájában jelenik meg. Álhexagonális táblás kristályai ritkák. Gyakran képez pszeudomorfózákat forsterit, ensztatit és más Mg-gazdag szilikátok után.




Talk vékony táblás kristályai




Talk zsírfényű vaskos tömege (zsírkő változat)




Nagy leveles talk gyöngyházfényű halmaza




Finom szemcsés talk




Talk álalakok kvarc kristályok után




Talk álalakok tremolit kristályok után márványban

Fiz.: a {001} véglap sz. kitűnően hasad, a hasadási lemezek hajlíthatók, de nem rugalmasak, a hasadási lapon gyöngyházfényű; a további fizikai tulajdonságok aggregátumokra vonatkoznak: K = 1; S = 2,58–2,83; átlátszó, áttetsző; fehér, vajszínű, zöld, barna; zsírfényű, zsíros tapintású (zsírkő).

Kém.: gyakrabban Fe2+ és Fe3+, ritkábban Mn, Ti, Cr, Ni beépülése ismert oktaéderes pozíciókban. A tetraéderes rétegekben kis mennyiségben Al3+ helyettesíti a Si4+-ot. Változatai: zsírkő, szappankő, agalmatolit (vaskos, finom szemcsés).

Csillám-csoport

Szerkezetükben két tetraéderes réteg között egy oktaéderes réteg található (t–o–t szerkezet). Ez a három réteg együtt alkot egy rétegkomplexumot. A rétegkomplexumokat egymással azonban rétegközi kationok kötik össze. Ennek oka, hogy a tetraéderes rétegben a Si4+ egy részét a legtöbb esetben Al3+ helyettesíti, így viszont negatív töltéstöbblet jelentkezik a t–o–t rétegkomplexumok felületén, amit az ún. rétegközi kation (I) kompenzál. A teljes sorozat a csillámoknál ennek alapján a következő: ...I  t–o–t  I  t–o–t  I  t–o–t  I...

A csillámok egyszerűsített általános kémiai képlete: IM2-31-0T4O10A2, ahol a pozíciókat az alábbi kationok és anionok tölthetik be:

I = K+, Na+, Ca2+, Ba2+, (NH4)+;

M = Li+, Fe2+, Fe3+, Mg2+, Al3+, Ti3+, V3+, Cr3+;

 = üres (betöltetlen) hely;

T = Al3+, Fe3+, Si4+, B3+;

A = F, (OH), Cl, O2–.

Az egyes pozíciókban az ionsugárnak és a koordinációs készségnek megfelelően számos helyettesítés lehetséges. Az alábbiakban részletezendő fajok – idealizált kémiai képletekkel – mindig szélső tagokat jelentenek. Nem szabad azonban elfelejteni, hogy a természetben az elemhelyettesítésekkel létrejövő köztes tagok (elegykristályok) a jellemzőek.

A csillámokat a rétegközi kationok minősége alapján az alábbi alcsoportokra osztjuk:

  1. Valódi csillámok, ha a rétegközi kationoknak több, mint az 50%-a egy vegyértékű (az I pozícióban elsősorban K+ és  Na+ van);
     
  2. Merevcsillámok, ha a rétegközi kationoknak több, mint 50%-a két vegyértékű (az I pozícióban főleg Ca2+ található);
     
  3. Rétegközi kationhiányos csillámok, ha a rétegek közötti pozitív töltés 0,85 és 0,6 között van.

A csillámok csoportosítása történhet még az oktaéderes (M) pozícióban lévő ionok számának függvényében, ennek alapján lehetnek dioktaéderes és trioktaéderes csillámok.

Valódi csillámok

Szerkezetükben a tetraéderes rétegben általában minden negyedik Si4+-t Al3+ helyettesít. Emiatt negatív töltéstöbblet jelentkezik a t–o–t rétegkomplexumok felületén. Ezt egyenlítik ki a rétegkomplexumok között elhelyezkedő rétegközi kationok. A gyakori valódi csillámoknál a rétegközi kationok a K+ és Na+. Szerkezetüknek, illetve a rétegkomplexumok közötti gyengébb kötőerőknek megfelelően a valódi csillámok a {001} véglap szerint kitűnően hasadnak.

A valódi csillámok kis keménységűek és kis sűrűségűek. Általában pikkelyes-leveles aggregátumokként jelennek meg, kristályaik álhexagonális vékony táblák, pikkelyek, lemezek. Kristályaik rugalmasak, könnyen hajlíthatók és az erőhatás megszűnése után visszatérnek eredeti helyzetükbe. Elterjedt kőzetalkotók, elsősorban metamorf és magmás kőzetek, illetve törmelékes üledékek elegyrészei.



A muszkovit szerkezete

Kék golyók = K, zöld oktaéderek = Al(O, OH)6, narancssárga tetraéderek = (Si, Al)O4.


Muszkovit    KAl2[AlSi3O10](OH)2 – monoklin

Krist.: kristályai álhexagonális táblák, vagy oszlopos termetűek. Fontosabb formák: véglap, monoklin prizma. Sokkal gyakoribb leveles-táblás aggregátumok és finom pikkelyes halmazok formájában.



Az álhexagonális táblás muszkovit kristályformái

K ék = {001} véglap, zöld = {010} véglap, sárga = {110} monoklin prizma és piros = {011} monoklin prizma.




A muszkovit kristály szimmetriaelemei

1 digír, 1 szimmetriasík és 1 szimmetriacentrum.





Muszkovit álhexagonális vékony táblás kristályai




Muszkovit gyöngyházfányű leveles halmaza




Muszkovit vékony táblás kristályai pegmatitban




Muszkovit ezüstszürke, álhatszöges, táblás kristályai apatittal




Muszkovit leveles kristályai csillag-alakot formáznak




Átlátszó muszkovit lemezben hematit-, ilmenit- és Mn-oxid-zárványok

Fiz.: hasadása a {001} véglap sz. kitűnő, a hasadási lemezei rugalmasak; K = 2–2,5; S = 2,77–2,88; átlátszó, áttetsző; színtelen, ezüstösen fehér, szürke, barna, zöld; üvegfényű, a hasadási felületen gyöngyházfényű.

Kém.: változatos helyettesítések ismertek a tetraéderes és oktaéderes rétegekben és a rétegközi pozíciókban egyaránt. A fontosabb helyettesítések, rétegközi pozíciókban: Na; oktaéderes rétegekben: Li, Fe2+, Fe3+, (barna szín), Mn2+ (rózsaszín), Cr3+ (smaragdzöld szín), V3+ (olajzöld szín); tetraéderes rétegekben: Mg, Fe2+. Gyakran képez pszeudomorfózákat földpátok, cordierit, leucit után. Változatai: szericit (finom pikkelyes), fengit (Si : Al arány nagyobb, mint 3 : 1), fuchsit (smaragdzöld, Cr-tartalmú).

Szeladonit    KFe3+Mg[Si4O10](OH)2 – monoklin

Krist.: földes tömegek, porózus bevonatok, hintések, melyek parányi pikkelyek, táblás kristályok halmazából állnak. Néhány mm-es kristályai csak elektronmikroszkóppal figyelhetők meg.




Földes szeladonit halmaz




Szeladonit bekérgezés andezit repedésében




Szeladonit (és goethit) kalcedont zöldre (és barnára) színez

Fiz.: a kristályok hasadása a {001} véglap sz. kitűnő, pikkelyei gyöngyházfényűek; a további fizikai tulajdonságai aggregátumokra vonatkoznak: K = 2; S = 2,95–3,05; földes tömegei átlátszatlanok; szürkészöld, kékeszöld, zöld; földes tömegei fénytelenek.

Kém.: az oktaéderes pozíciókban viszonylag széles sávban változhat a Fe3+, Fe2+ és Mg aránya, itt legtöbbször az Al is megjelenik.

Biotit-sor

A biotit-sor szélső tagjai a flogopit, annit, sziderofillit és eastonit, melyek közül csak a nagy gyakoriságú annitot és flogopitot mutatjuk be. A korábban és a kőzettanban ma is elterjedten használt biotit ásványnév főként az annit és flogopit közötti elegykristályokra vonatkozik. Az alábbiakban részletezett annit jellemzői a biotitra is nyugodtan alkalmazhatók.

Flogopit    KMg3[AlSi3O10](OH)2 – monoklin

Krist.: kristályai álhexagonális vékony táblás, ritkábban oszlopos termetűek. Fontosabb formák: véglapok és monoklin prizmák. Gyakran fordul elő leveles-pikkelyes halmazokként.




Flogopit álhexagonális táblás kristálya




Flogopit álhexagonális vékony táblás kristálya




Flogopit nagy leveles halmaza




Flogopit hasadási lemeze a vas beépülési miatti zónás színeződéssel




Flogopit oszlopos termetű kristálya

Fiz.: hasadása a {001} véglap sz. kitűnő, lemezes kristályai rugalmasak; K = 2–2,5; S = 2,76–2,98; sárgásbarna, vörösesbarna, barna, zöld, olykor bronzszerűen csillogó, karcolási porának színe fehér; áttetsző, átlátszatlan; üveg- vagy gyöngyházfényű, a hasadási felület gyöngyházfényű.

Kém.: a Mg-nak Fe2+ általi helyettesítése révén folyamatos az izomorf elegysor a flogopit és az annit között. Az oktaéderes pozíciókban az alábbi helyettesítések a gyakoribbak: Al3+, Fe3+, Ti4+, Mn2+. A rétegközi kationnál a K-t főként Na, Ca és Ba helyettesítheti.

Annit     KFe2+3[AlSi3O10](OH)2 – monoklin

Krist.: kristályai álhexagonális táblás, ritkábban prizmás termetűek. A prizmalapok erősen rostozottak. Fontosabb formák véglapok és monoklin prizmák. Gyakoriak leveles halmazai, pikkelyei, számos lemezes kristály párhuzamos összenövéséből összeálló, könyvlapokhoz hasonló aggregátumai.



Az álhexagonális táblás annit (biotit) kristályformái

K ék = {001} véglap, zöld = {010} véglap, sárga = {110} monoklin prizma és piros = {111} monoklin prizma.




Az annit (biotit) szimmetriaelemei

1 digír, 1 szimmetriasík és 1 szimmetriacentrum.





Annit (biotit) álhexagonális táblás kristálya




Annit (biotit) vastag táblás kristálya a kitűnő hasadási síkokkal




Annit (biotit) táblás kristályai szienitben




Annit (biotit) benn-nőtt kristályai andezitben

Fiz.: hasadása a {001} véglap sz. kitűnő; lemezei rugalmasak; K = 2,5–3; S = 2,7–3,4. fekete, zöldesfekete, sötétbarna, barna (mállásnak indulva sárga, aranyszerűen csillogó), karcolási porának színe fehér vagy halványbarna ; áttetsző, átlátszatlan; üvegfényű, a hasadási felület gyöngyházfényű.

Kém.: a Fe2+-nek Mg általi helyettesítése révén folyamatos elegyedés létezik az annit és flogopit között. A természetben az ilyen elegykristályok általánosan elterjedtek (ez a tulajdonképpeni biotit). Gyakoribb helyettesítések az oktaéderes pozíciókban: Al3+, Fe3+, Ti4+, Mn2+, a rétegközi kation esetében a K helyett: Na, Ca, Ba. Az (OH)-pótaniont F helyettesítheti.

Rétegközi kationhiányos csillámok

Alapvetően csillámszerű, t–o–t rétegkomplexumokat alkotnak. A rétegközi pozíciókban általában sokféle kation található. Mivel kevesebb alkálifém kationt tartalmaznak, mint a valódi csillámok (képletegységenként 0,6–0,85-t), ezért gyengébb a rétegek közötti összetartás, illetve kisebb a szabályosság a rétegek egymás utáni sorakozásában. Jellemző rétegközi kationjuk a kálium.

Kis szemcseméretűek – kristályaik mérete csupán 2–6 mm-t ér el – sokszor rendezetlen szerkezetűek és kémiailag még rövid távon is változó összetételűek. Makroszkóposan földes megjelenésűek, agyagkőzetek jellemző ásványai, ezért az agyagásványok közé tartoznak. Üledékes kőzetek, nagyon kisfokú metamorfitok és talajok fontos komponensei. Magmás, metamorf és üledékes kőzetek mállása során képződnek a Föld felszínén vagy a felszín közelében.

Glaukonit-sor (K,Na)0,6–0,85(Fe,Al,Mg)2[(Si,Al)4O10](OH)2 – monoklin

Krist.: finom szemcsés, földes halmazok, gömbszerű vagy szabálytalan, legömbölyödött felszínű aggregátumok, ritkábban pikkelyes halmazokként ismert. Olykor parányi méretű kagylók, csigák, foraminiferák házát tölti ki, vagy a ház alakul át glaukonittá.




Zöld glaukonit aggregátumok homokkőben




Földes glaukonit bevonatok homokkőben




Glaukonit gömbös aggregátumok homokkőből szeparálva

Fiz.: parányi, csak elektronmikroszkóppal látható kristályai kitűnően hasadnak a {001} véglap sz.; a további fizikai tulajdonságai aggregátumokra vonatkoznak: földes vagy sima törésű; K = 2; S = 2,4–2,9; sárgászöld, kékesszöld, zöld, sötétzöld; áttetsző, átlátszatlan; zsírfényű vagy fénytelen.

Kém.: a rétegközi kationhelyek sokszor nincsenek betöltve. Az oktaéderes rétegben a Fe3+ / Al arány általában 3 : 1; itt Fe2+, Mg, kis mértékben Mn, Ni, Ti helyettesítés lehetséges. (A jelenlegi nevezéktan szerint a glaukonit név ásványsort jelöl, melynek szélső tagjait még nem jelölték ki.) Jó adszorpciós képességeit sokféle célra hasznosítják.

Illit-sor    (K,Na)0,6–0,85Al2[(Si,Al)4O10](OH)2 – monoklin

Krist.: finom szemcsés, földes vagy vaskos halmazok. Pikkelyes kristályai roppant kis méretűek, 2–5 mm-esek. Gyakran kloritokkal, szmektitekkel kevert rétegű szerkezeteket alkot.




Léces illit kristályok (elektronmikroszkópos felvétel)




Illit földes tömege




Vaskos, viaszfényű illit

Fiz.: a kristályok hasadása a {001} véglap sz. kitűnő; a további fizikai tulajdonságok aggregátumalakokra vonatkoznak: földes törésű; K = 1–2; S = 2,79–2,8; fehér, szürkésfehér, szürkészöld; átlátszatlan; fénytelen vagy viaszfényű.

Kém.: eléggé változatos, a rétegközi kationpozíciókban a K és Na mellett Ca is megjelenhet. Az oktaéderes pozíciókban az Al-t elsősorban Fe2+, Fe3+ és Mg helyettesítheti. Kisebb (%-os) mennyiségben Ti, Mn, Ca, Cr, illetve (ppm nagyságrendben) Ba, Sr, V, B, Cu, Pb, Rb elemeket mutattak ki illitekből. (A jelenlegi nevezéktan szerint az illit név ásványsort jelöl, melynek szélső tagjait még nem jelölték ki.)

Szmektit-csoport

A szmektit szó a görög szmektosz (= szappan) szóból származik, olykor szappanszerű megjelenésükre utalva. Szerkezetük csillámszerű, de alapvetően a pirofillithez (szaponit és rokonsága esetén a talkhoz) hasonló, tehát t–o–t rétegkomplexumokból áll. Lényeges különbség, hogy rétegközi helyzetben számos kationt és vizet tartalmaznak. A rétegközi kationok lazán kötött helyzetűek, ennek köszönhetően könnyen kicserélhetők.

Kationhelyettesítések mind a tetraéderes, mind az oktaéderes rétegekben gyakoriak. A víztartalom változó lehet, esetenként két rétegben helyezkedik el a molekuláris víz. A csoport ásványainak egyszerűsített általános kémiai képlete: A0,33M2–3(Si,Al)4O10(OH)2 • nH2O, ahol

A (rétegközi kationok) = Na+, K+, Ca2+, Li+.

M (oktaéderes pozíciók kationjai) = Al3+, Mg2+, Fe3+, Fe2+, Cr3+, Zn2+, Cu2+.




Szmektitek szerkezete a rétegkomplexumokra merőleges nézetben

Ha az oktaéderes pozíciók teljesen be vannak töltve két vegyértékű kationokkal, akkor trioktaéderes szmektitekről, ha 2/3 részig vannak betöltve három vegyértékű kationokkal, akkor dioktaéderes szmektitekről beszélünk.

A csoport tagjainak két különlegesen fontos tulajdonságuk van, egyrészt a rétegközi kationok és részben a vízmolekulák sokféle kationnal kicserélhetők, másrészt a rétegközi víz mennyisége jelentősen megnövekedhet vagy lecsökkenhet anélkül, hogy a szerkezet összeomlana. Ezáltal jellemzőjük a reverzibilis duzzadóképesség, a szerves és szervetlen anyagok adszorptív megkötésére való hajlam és az ioncserélőképesség.

Vízzel alkotott kolloidja stabil, egy bizonyos nyírófeszültség határig szilárd anyagként viselkedik (tixotrop sajátságú). Mindezen sajátságok széles körű ipari és környezetvédelmi alkalmazásokat tesznek lehetővé.

A szmektitek makroszkóposan földes megjelenésűek, hiszen kristályaik roppant kis méretűek, 1–3 mm-esek. A csoport tagjait az agyagásványok közé soroljuk. Üledékes kőzetek, különösen agyagkőzetek és talajok jellemző ásványi komponensei, a bioszféra számára nélkülözhetetlen elegyrészei.

Montmorillonit   (Na,Ca0,5)0,33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2 • nH2O – monoklin

Krist.: földes, porszerű vagy összeállóbb vaskos tömegek. Önálló, pikkelyes vagy bizonytalan lehatárolású (csak elektronmikroszkóppal látható), álhexagonális táblás vagy léces kristályai 1–3 mm-esek.



Az álhexagonális lemezes montmorillonit kristályformái

K ék = {001} véglap, piros = {010} véglap és sárga = {110} monoklin prizma.




A montmorillonit kristály szimmetriaelemei

1 digír, 1 szimmetriasík és 1 szimmetriacentrum.





Montmorillonit görbült pikkelyes kristályai (elektronmikroszkópos felvétel)




Montmorillonit agyagszerű megjelenése

Fiz.: a kristályok hasadása a {001} véglap sz. kitűnő; a további fizikai tulajdonságok aggregátumokra vonatkoznak: földes törésű; K = 1–2; S = 2,06–2,7; fehér, szürkésfehér, szürkészöld, halvány rózsaszín; fénytelen vagy viaszfényű; zsíros tapintású.

Kém.: teljes szilárd oldatsor létezik a Fe-tartalom növekedésével a nontronit, míg az Al-tartalom változásával a beidellit felé. Rétegközi kationpozíciókban még számos elem (pl. K, Li) megjelenhet.

Nontronit  (Na,Ca0,5)0,33(Fe3+,Al)2(Si,Al)4O10(OH)2 • nH2O – monoklin

Krist.: földes, összeállóbb vagy laza tömegek. Önálló pikkelyei, vagy rosszul körülhatárolt lemezes kristályai csupán néhány mm-esek. Olykor pszeudomorfóza színes kőzetalkotók után.




Nontronit pisztáciazöld földes tömege

Fiz.: a kristályok hasadása a {001} véglap sz. kitűnő; a további fizikai tulajdonságok aggregátumokra vonatkoznak: törése földes; K = 1–2; S = 2,06–2,32; sárgászöld, pisztáciazöld, olajzöld; viaszfényű vagy fénytelen; átlátszatlan.

Kém.: a vasnak Al-al történő helyettesítésével teljes elegyedés lehet a montmorillonit felé. Oktaéderes pozícióban megfigyelt helyettesítő elemek: Mg, Ti, V.

Vermikulit-sor   (Mg,Al,Fe3+)3(Si,Al)4O10(OH)2 • 4H2O – monoklin

Krist.: általában annithoz vagy flogopithoz hasonló (sokszor azokból is képződik), de általában világosabb színű táblás kristályok, vagy finom leveles-pikkelyes halmazok formájában jelenik meg.




Vermikulit pikkelyekből álló halmaza

Fiz.: hasadása a {001} véglap sz. kitűnő; K = 1,5; S = 2,3–2,7; barna, bronzbarna, sárgásbarna; viaszfényű vagy fénytelen; áttetsző, átlátszatlan.

Kém.: mind az oktaéderes, mind a rétegközi pozícióban sokféle (részben fentebb már említett) helyettesítés ismeretes. Kitűnő adszorpciós képességekkel rendelkezik, emiatt egyre többféle célra hasznosítják. (A jelenlegi nevezéktan szerint a vermikulit név ásványsort jelöl, melynek szélső tagjait még nem jelölték ki.)

Klorit-csoport

Szerkezetük alapját csillámszerű t–o–t rétegkomplexumok alkotják. Az egyes rétegkomplexumok között viszont egy gibbsit vagy egy brucit típusú oktaéderes réteg helyezkedik el.

Az oktaéderes rétegek és a t–o–t rétegkomplexumok alapvetően hidrogénkötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A legtöbb kloritban Mg2+ vagy Fe2+ a jellegzetes kationok az oktaéderes rétegben. Elnevezésük jellegzetes zöld színükre utal (klorosz = zöld). A csoport ásványainak általános kémiai képlete:

M4–5T4O10(OH)8, ahol

M = Al3+, Fe3+, Fe2+, Mn3+, Mg2+, Ni2+,

T = Al3+, Si4+, Fe3+.



A kloritok szerkezete

Zöld oktaéderek = M(O, OH)6, lila oktaéderek = M(OH)6, narancssárga tetraéderek = TO4.


A kloritok sokszor alkothatnak kevert szerkezeteket más filloszilikátokkal. Lemezes-pikkelyes aggregátumok és jól fejlett táblás kristályok formájában egyaránt gyakran megjelennek.

Metamorf kőzetek, illetve egyes üledékek jellegzetes elegyrészei. Széles hőmérsékleti és nyomásviszonyok között képződhetnek a diagenezistől a kisfokú metamorfózison át akár a nagyfokú metamorf képződményekig. Magmás kőzetek színes elegyrészeinek hidrotermás elbontódása során gyakran képződnek és azok halványzöld színét okozhatják (kloritosodás jelensége).

Klinoklor   Mg3[Mg2Al][Si3AlO10](OH)8 – monoklin

Krist.: kristályai álhexagonális táblás, prizmás vagy álromboéderes termetűek. Uralkodó kristályformák: véglapok és monoklin prizmák. Általában azonban leveles-pikkelyes, finom pikkelyes, vaskos, esetenként pedig porszerű halmazokként fordul elő.



A vastag táblás klinoklor kristályformái

Kék = {001} véglap, zöld = {010} véglap, sárga = {401} véglap és piros = {132} monoklin prizma.




A klinoklor kristály szimmetriaelemei

1 digír, 1 szimmetriasík és 1 szimmetriacentrum.





Klinoklor álhexagonális táblás kristálya




Klinoklor kristályok kitűnő hasadási felületekkel




Klinoklor kitűnő hasadási síkjai




Krómtól lila színű klinoklor (kämmererit változat)

Fiz.: hasadása a {001} véglap sz. kitűnő, lemezei hajlíthatók, de nem rugalmasak; K = 2–3; S = 2,30–2,85; fehér, olajzöld, kékeszöld, zöldesszürke, sötétzöld (a szín mélysége többnyire vastartalom függvénye), ritkán bíborvörös, narancssárga, karcolási pora fehér vagy halványzöld; áttetsző, átlátszatlan; üveg- vagy gyöngyházfényű, hasadási lapon gyöngyházfényű.

Kém.: mindig tartalmaz több-kevesebb Fe3+-at. A Fe2+-tartalom növekedése átvezet a chamosit irányába. Más helyettesítő elemek: Mn, Ca, Na, Cr, Ti és Ni.

Kaolinit típusú rétegkomplexumok

Kaolinit-szerpentin-csoport

Kaolinit-alcsoport

A kaolinit és rokonsága dioktaéderes, hidratált Al-tartalmú rétegszilikátok. Szerkezetük alapja a tetraéderes és oktaéderes (gibbsit típusú) rétegből álló t–o rétegkomplexum (1 : 1 szerkezetnek is nevezik).

Ezek  a rétegek alapvetően hidrogénkötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A halloysit esetében a rétegkomplexumok között rétegközi pozícióban víz is megjelenik. Ez gyengén kötött, melyet a halloysit már szobahőmérsékleten kezd elveszíteni. A kaolinit ásványok víztartalmukat 550 °C-tól kezdődően veszítik el teljesen és kémiailag reaktív anyaggá, ún. metakaolinitté alakulnak (erre a hevítési folyamatra épül a kerámiaipar).

Az alcsoport ásványai földpátok és csillámok mállásából nagy mennyiségben keletkeznek és megtalálhatók számos üledékes kőzetben is. Nagy tömegben a legfontosabb kerámiaipari nyersanyagok.



A kaolinit szerkezete

Zöld oktaéderek = Al(O, OH)6, narancssárga tetraéderek = SiO4.


Kaolinit   Al2Si2O5(OH)4 – triklin

Krist.: frissen lágy, levegőn kiszáradva porózus, földes, porszerű vagy viaszszerű tömegeket alkot. Roppant kisméretű, általában 2–4 mm-es kristályai álhexagonális táblák, pikkelyek.




Agyagszerű kaolinit




Vaskos kaolinit




Kaolinit álhexagonális vékony táblás kristályai (elektronmikroszkópos felvétel)

Fiz.: a kristályok hasadása a {001} véglap sz. kitűnő; pikkelyei hajlíthatók, de nem rugalmasak; a további fizikai tulajdonságai aggregátumokra vonatkoznak: törése földes; K = 2–2,5; S = 2,60–2,68; fehér, krémszínű, halványbarna, ritkábban halványzöld; viaszfényű vagy fénytelen; átlátszatlan.

Kém.: eléggé tiszta, általában kis mennyiségben tartalmaz szennyeződéseket (más agyagásványokat vagy Fe-oxidokat). Esetenként közberétegződik csillámokkal, vagy más filloszilikátokkal (legtöbbször szmektitekkel). Gyakran képez álalakot földpátok, földpátpótlók után.




Kaolinit álalak ortoklász után




Kaolinit álalak ortoklász után




Kaolinit álalak leucit után

Halloysit    Al2Si2O5(OH)4 • 2H2O – monoklin

Krist.: frissen lágy, kiszáradva viaszszerű, összeálló tömegeket alkot. Kristályai általában kisebb, mint 5 mm hosszúságú, legtöbbször hengeres morfológiájú, cső alakú képződmények (a hengerek átmérője mindössze 0,04 mm).




Halloysit hengeres alkatú kristályai (elektronmikroszkópos felvétel)

Fiz.: fizikai tulajdonságai aggregátumokra vonatkoznak: földes vagy sima törésű; K = 1–2; S = 2,0–2,65; áttetsző, átlátszatlan; viaszfényű vagy fénytelen; sokszor zsíros tapintású.

Kém.: eléggé tiszta, általában kis mennyiségben tartalmaz szennyeződéseket (más agyagásványokat vagy vas-oxidokat).




Viaszfényű vaskos halloysit




Halloysit vaskos tömege hematittól részben vörösre színezve

Szerpentin alcsoport

A szerpentinásványok trioktaéderes, hidratált Mg-tartalmú rétegszilikátok. Szerkezetük alapja a tetraéderes és (brucit típusú) oktaéderes rétegből álló t–o rétegkomplexum. Jellemző a szerkezetükre, hogy a tetraéderes és oktaéderes rétegek között nincs jó illeszkedés (miként a halloysit esetén), mert közöttük méretkülönbség van. Így a rétegek általában nem sík felületek, hanem kisebb-nagyobb redőzöttséget, görbületet, esetenként pedig hengerszerű alakzatokat formáznak.

A krizotil rétegei például hengerré pöndörödnek (hasonlóan a halloysithoz). Az antigorit rácsában szabályszerű redőzés ismert. Megjelenésük vaskos-tömeges, illetve finom szálas (azbeszt megjelenés) vagy durva rostos. A gyakoribb szerpentinásványok elsősorban Mg-gazdag, bázisos és ultrabázisos kőzetek kisfokú metamorfózisa során képződnek.



Az antigorit szerkezete

Zöld oktaéderek = Mg(O, OH)6, narancssárga tetraéderek = SiO4.





Krizotil hengerré pödrődött rétegei (elektronmikroszkópos felvétel)

Antigorit    Mg3Si2O5(OH)4 – monoklin

Krist.: vaskos, viaszszerű tömegek, leveles vagy durva rostos halmazok. Mikroszkopikus kristályai pikkelyes-táblás alkatúak.

Fiz.: a kristályok hasadása a {001} véglap sz. kitűnő; további fizikai tulajdonságai aggregátumalakokra vonatkoznak: K = 2,5–4; S = 2,40–2,79; színe alapvetően sötétzöld, de sávok, foltok alakjában a zöld minden árnyalata megjelenhet; kékeszöld, sárgászöld, sötétzöld, fekete, halványszürke; áttetsző, átlátszatlan; viaszfényű, fénytelen.




Antigorit viaszfényű vaskos tömege




Antigorit finom szálas halmaza




Antigorit durva rostos halmaza




Antigorit szépen színezett vaskos halmaza (nemesszerpentin változat)




Antigorittartalmú szerpentinitből faragott szobor

Kém.: kémiai szempontból eléggé heterogén, sokféle helyettesítő elemet tartalmazhat: Al, Fe3+, Fe2+, Mn, Cr, Ti, Ni, Mg, Zn, Ca, Na, K. Jellegzetes zöld színét a szinte mindig jelenlévő vas okozza.

Krizotil    Mg3Si2O5(OH)4 – monoklin, rombos

Krist.: vaskos tömegek vagy finom rostos-szálas halmazok formájában jelenik meg. Leginkább tipikus azbeszt megjelenésű (krizotilazbeszt). Az azbeszt szálak átmérője roppant kicsiny, nem haladja meg a 0,1 mm-t.

Fiz.: alábbi tulajdonságai aggregátumokra vonatkoznak: K = 2–3; S = 2,53–2,55; a zöld árnyalatai, valamint aranysárga, barna, sötétbarna, szürke; viasz- vagy olajfényű, finom rostos (azbeszt) megjelenésében selyemfényű.




Azbeszt megjelenésű krizotil




Krizotilból álló azbeszt szálak párhuzamos összenövése




Krizotil anyagú azbeszt szálak (elektronmikroszkópos felvétel)

Kém.: változatos helyettesítések ismertek: Al, Fe3+, Fe2+, Mn, Cr, Ti, Ni, Mg, Ca, Na, K révén, hasonlóan az előbbiekhez.

Feladatok

Megoldások:        láthatók       nem láthatók


1. Mi a rétegszilikátok kőzettani és környezettudományi jelentősége?

 

Megoldás: bár csak kb. 5%-kal vesznek részt a földkéreg felépítésében, arányuk a felszínen és felszín közelében sokkal nagyobb. Azon túl, hogy számos magmás, metamorf (és törmelékes üledék) meghatározó kőzetalkotói, magmás és metamorf kőzetek mállásából nagy tömegben képződnek (főként piroxének, amfibolok és földpátok, továbbá kőzetüveg átalakulásából). Talajok ásványi komponensei között is vezető szerepet töltenek be. Jelenlétük a növényvilág szempontjából nagy fontosságú, hiszen a talaj részben a rétegszilikátok segítségével tartja meg a vizet száraz időjárási viszonyok között. Számos létfontosságú kémiai elemhez a rétegszilikátok közreműködésével jutnak hozzá a növények. Kijelenthetjük, hogy az élővilág jelenléte, sőt minősége nagymértékben az adott helyen előforduló rétegszilikátoktól függ.

2. Mennyiben határozza meg a rétegszilikátok szerkezete a fizikai és morfológiai sajátságaikat?

 

Megoldás: a rétegszilikátokban az SiO4-tetraéderek három irányba történő összekapcsolódásával rétegek jönnek létre. Ehhez a tetraéderes réteghez negatív töltésének kiegyenlítésére oktaéderesen koordinált kationok rétegének, bizonyos esetekben még további rétegeknek kell kapcsolódniuk. A tetraéderes és az oktaéderes rétegek meghatározott váltakozásából többféle rétegkomplexumok létrejöhetnek. Ezek között viszont gyenge kötőerők hatnak, így közös fizikai tulajdonságaik: rétegkomplexumokkal párhuzamosan kitűnő hasadás, a hasadási felületen gyöngyházfény, kis keménység és kis sűrűség. Kristályaik megjelenése a szerkezetnek megfelelően lemezes, vékony táblás, melyek többnyire rugalmasan, ritkábban mereven viselkednek. Az aggregátumalak jellegzetesen pikkelyes-leveles.

3. Melyek a rétegszilikátok legfontosabb szerkezeti típusai?

 

Megoldás: legegyszerűbb az egy oktaéderes és egy tetraéderes rétegből álló t–o rétegkomplexum. Ha viszont az oktaéderes réteg másik oldalán is van egy tetraéderes réteg akkor t–o–t rétegkomplexumot kapunk. Ha a tetraéderes rétegben minden negyedik Si4+-t Al3+ helyettesít, a rétegkomplexumok között elhelyezkedő rétegközi kationok egyenlítik ki a töltéskülönbséget. Ilyen t–o–t I t–o–t I t–o–t szerkezetek építik föl a csillámokat, ahol I a rétegközi kationt jelöli.

4. Mindig egy síkban helyezkednek el a rétegszilikátok rétegei?

 

Megoldás: nem minden esetben. Vannak olyan rétegszilikátok, ahol nem jó az illeszkedés az egyes rétegek között. Ez azt eredményezi, hogy a rétegek nem egy síkot alkotnak, hanem többé-kevésbé deformálódnak. Ez jellemzi többnyire a szerpentinásványokat, itt a rétegek redőzöttek, hullámosak, vagy szélsőséges esetben henger alakzattá pöndörödnek. Utóbbinak legismertebb képviselője a krizotil, de így viselkedik a kaolinit rokona, a halloysit is.

5. Mit tud a pirofillit és talk kőzettani jelentőségéről és gyakorlati felhasználásáról?

 

Megoldás: a talk és a pirofillit Mg-, illetve Al-gazdag kőzetek kisfokú metamorfózisa, vagy hidrotermás átalakulása során képződik leginkább. A talk jellegzetes komponense Mg-gazdag kontakt metamorf képződményeknek is.

Mindkét ásványt a festékipar, kerámiaipar, műanyagipar, gumiipar, kozmetikai ipar és az élelmiszer- és gyógyszeripar hasznosítja főleg töltőanyagként vagy önmagában is (pl. hintőpor). A vaskos-tömeges zsírkő (agalmatolit) a díszítőkőipar számára biztosít alapanyagot, kisebb-nagyobb szobrokat is készítenek belőle.

6. Mi alapján csoportosítjuk a csillámokat?

 

Megoldás: a rétegközi kationok minősége és össztöltése alapján. A valódi csillámokban a rétegközi kationok több mint 50%-a egy vegyértékű (Na vagy K), a merev csillámokban a rétegközi kationok több mint 50%-a két vegyértékű (Ca vagy Ba), ezzel szemben a rétegközi kationhiányos csillámokban lehetnek egy és két vegyértékű kationok egyaránt, de az össztöltésük a fentiekkel ellentétben nem éri el az 1-et, 0,85-0,6 között van képletegységenként.

7. Milyen különbségeket tud fölsorolni a muszkovit és az annit között?

 

Megoldás: a muszkovit dioktaéderes (Al3+ van az oktaéderes rétegben), míg az annit trioktaéderes (Fe2+ van az oktaéderes rétegben) valódi csillám, a muszkovit színtelen vagy ezüstszürke, az annit fekete színű, a muszkovit kémiailag ellenállóbb, az annit kevésbé ellenálló, a muszkovit granitoidokban, pegmatitokban, hidrotermás képződményekben (szericit változata), kis és közepes fokú metamorfitokban, míg az annit savanyú és intermedier magmatitokban, ezek piroklasztitjaiban, közepes fokú metamorfitokban és kontakt metamorfitokban egyaránt elterjedt.

8. Sorolja föl a rétegközi kationhiányos csillámok jellemzőit és mit tud gyakorlati felhasználásukról?

 

Megoldás: t–o–t rétegkomplexumokból állnak. A rétegközi pozíciókban általában sokféle kation található, de leggyakoribb a kálium. Mivel kevesebb alkálifém kationt tartalmaznak, mint a valódi csillámok (képletegységenként 0,6–0,85-t), ezért gyengébb a rétegek közötti összetartás, illetve kisebb a szabályosság a rétegek egymás utáni sorakozásában. Részben emiatt kis szemcseméretűek – kristályaik mérete csupán 2–6 μm-t ér el, így makroszkóposan földes megjelenésűek. Agyagkőzetek jellemző ásványai, ezért az agyagásványok közé tartoznak. Üledékes kőzetek, nagyon kisfokú metamorfitok és talajok fontos komponensei. Magmás, metamorf és üledékes kőzetek mállása során képződnek a Föld felszínén vagy a felszín közelében. Legnagyobb felhasználója a kerámiaipar.

9. Sorolja föl a szmektitek legfontosabb jellemzőit!

 

Megoldás: szerkezetük csillámszerű, tehát t–o–t rétegkomplexumokból áll. Lényeges különbség, hogy rétegközi helyzetben sokféle kationt és vizet is tartalmaznak. A rétegközi kationok lazán kötöttek, ezért könnyen kicserélhetők. Két különlegesen fontos tulajdonságuk van, egyrészt a rétegközi kationok és részben a vízmolekulák sokféle kationnal kicserélhetők, másrészt a rétegközi víz mennyisége jelentősen megnövekedhet vagy lecsökkenhet anélkül, hogy a szerkezet összeomlana. Ezáltal jellemzőjük a reverzibilis duzzadóképesség, a szerves és szervetlen anyagok adszorptív megkötésére való hajlam és az ioncserélőképesség. Vízzel alkotott kolloidja stabil, egy bizonyos nyírófeszültség határig szilárd anyagként viselkedik (tixotrop sajátságú). Mindezen sajátságok széles körű ipari és környezetvédelmi alkalmazásokat tesznek lehetővé.

10. Milyen gyakorlati felhasználását ismeri a szmektiteknek és a vermikulitnak?

 

Megoldás: élelmiszeriparban olajok, zsírok, borok derítése, tisztítása; környezetvédelemben víztisztítás; fúróiparban az öblítőiszap adalékanyaga; kerámiaipar egyik kiegészítő adalékanyaga; papír- és gumiiparban töltőanyag; kohászat, vegyipar, gyógyszeripar (abszorbensek gyártása); vízvédelem, vízzárógátak agyagmagvának egyik fontos komponense. A vermikulitot az építőipar is hasznosítja: a duzzasztott vermikulit könnyűbeton- és szigetelőhabarcs-adalék).

11. Mit tud a kaolinit ásványok kőzettani és gyakorlati jelentőségéről?

 

Megoldás: földpátok és csillámok felszíni és hidrotermás mállásából nagy mennyiségben keletkeznek. Megtalálhatók számos üledékes kőzetben is. Nagy tömegben a legfontosabb kerámiaipari nyersanyagok közé tartoznak. Különösen a tűzálló kerámiák, – beleértve a porcelánokat – előállítására hasznosítják.

12. Melyek a szerpentinásványok legfontosabb sajátságai?

 

Megoldás: trioktaéderes, hidratált Mg-tartalmú rétegszilikátok. Szerkezetük alapja a tetraéderes és (brucit típusú) oktaéderes rétegből álló t–o rétegkomplexum. Jellemző a szerkezetükre, hogy a tetraéderes és oktaéderes rétegek között nincs jó illeszkedés. Így a rétegek általában nem sík felületek, hanem kisebb-nagyobb redőzöttséget, görbületet, esetenként hengerszerű alakzatokat formáznak.

A krizotil rétegei például hengerré pöndörödnek (hasonlóan a halloysithoz). Az antigorit rácsában pedig szabályszerű redőzés ismert. Megjelenésük vaskos-tömeges, illetve finom szálas (azbeszt) vagy durva rostos. A krizotil és antigorit elsősorban Mg-gazdag, bázisos és ultrabázisos kőzetek kisfokú metamorfózisa vagy hidrotermás átalakulása során jönnek létre.




Copyright ©  Szakáll Sándor,  2011

A tananyag kifejlesztése a TÁMOP 4.1.2-08/1/A-2009-0033 pályázat keretében valósult meg.