2.3.1 Глини групи монтморилоніту

Назва монтморилонітової глини походить від назви регіону у Франції Монтмориллону, де ця глина була вперше знайдена. До глин цієї групи належать бентонітові глини, основним компонентом яких є монтморилоніт. В цю групу також входять вермикуліт, нонтроніт, сапоніт, гекторит. Кристалічна гратка глин цієї групи складається із 2-х тетраедричних сіток, між якими розташована октаедрична сітка. Структурна формула глини 2:1.

Вершини тетраедрів спрямовані всередину структурного прошарку і разом із гідроксидами формують міцний структурний шар глини, у якому іони О^{2 –} є спільними (рис. 2.2). Верхні і нижні площини елементарних пакетів вкриті атомами кисню і тому під час їх дотику виникають тільки слабкі ван-дервальсові сили. Коли вода змочує глину, молекули води легко проникають в міжплощинний простір, збільшуючи міжплощинну відстань від 0,96 до 2, 14 нм (нанометри). Кристалічна гратка таким чином збільшується в об’ємі і спостерігається подрібнення глинистого мінералу до колоїдних розмірів ( ≈ 2 мкм). В результаті ізоморфних заміщень гратка мінералів групи монтморилоніту завжди електрично не урівноважена; заміщення Al ³⁺ на Fe ²⁺ і Mg ²⁺ в октаедричному шарі, а також часткове заміщення Si ⁴⁺ на Al ³⁺ в тетраедрах створює надлишок від’ємних зарядів у гратці, щільність яких становить біля 0,66 від елементарного заряду на структурну комірку. Цей заряд компенсується гідратованими катіонами Ca ²⁺, Na ⁺, Mg ²⁺, які знаходяться між структурними прошарками і разом із молекулами води складають міжпрошаровий комплекс монтморилоніту. Гідратовані катіони мають збільшені розміри і це не дає змоги зменшитися міжплощинній віддалі до віддалі дії міжіонних сил.

Рисунок 2.2 – Кристалічна гратка глин групи монтморилоніту

-О^2-

Вищенаведені особливості надають внутрішнім шарам високу активність через те, що сумарна площа внутрішніх прошарків в 10 разів більша площі крайових ділянок. Внаслідок рухомості кристалічної гратки монтморилоніт диспергується до частинок менше 1 мкм. Таких частинок у монтморилонітових суспензіях може налічуватися 60-80 % , причому, нерідко розмір 40-50 % частинок не перевищує 0,2 мкм.

2.3.2 Глини групи гідрослюд

До глин цієї групи належать ілліт (гідромусковіт), гідробіотит. Структура аналогічна монтморилоніту. Різниця полягає у більшому ізоморфному заміщенні. В ілліті два іони Al ³⁺ заміщаються двома іонами Mg ²⁺, у гідробіотита іонами Fe ²⁺ і Mg ²⁺. В тетраедричному прошарку кремній заміщується алюмінієм. Середній дефіцит заряду більший ніж у монтморилоніту (0,69 в порівнянні із 0,41). Цей дефіцит завжди урівноважується калієм. Глини цієї групи різко відрізняються від монтморилоніту тим, що не мають збільшеної (від бубнявіння) гратки і вода не може проникати вільно між шарами. Зв’язок між шарами дуже міцний. Молекулам води заважає проникнути у міжплощинний простір міцний іонний зв’язок суміжних прошарків із К ⁺ внаслідок близького розташування заряду до поверхні структурного прошарку. Іони калію завдяки малим розмірам легко розташовуються у пустотах кристалічної гратки, формуючи побічні зв’язки із сусідніми прошарками. Під час взаємодії із водою на зовнішніх поверхнях кожної ланки (тетраедричної чи октаедричної) відбуваються іонообмінні реакції, які спричиняють гідратацію та збільшення об’єму, яке суттєво менше ніж у монтморилоніту. За ступенем дисперсності глини групи гідрослюд поступаються монтморилонітам: вміст частинок розміром менше 0,25 мкм у фракціях до 2 мкм становить 30-40 % .