22.Алюмосиликаты.

Минералы крупных фракций, пыли и особенно илистой фракции в значительной мере представлены алюмосиликатами. Основу кристаллической решетки всех силикатов составляют кремнекислородные тетраэдры— [SiO] По характеру взаимного расположения и сочленения тетраэдров различают 6 типов силикатов: островные, кольцевые, цепочечные, ленточные, слоистые (слоевые) и каркасные.

В почвах минералы с различной структурой довольно четко распределяются

по гранулометрическим фракциям. Основу песчаных и крупнопылеватых

фракций составляют практически все группы минералов , кроме слоистых. Это полевые шпаты, амфиболы, оливин, эпидот .Эти минералы крупных фракций имеют небольшую удельную поверхность и очень мало влияют (или совсем не влияют) на такие свойства почв, как емкость катионного обмена, потенциальная кислотность буферность.

В илистых и коллоидных фракциях почв преобладают слоистые силикаты

различных групп. Слоистые силикаты называют также листовыми. Эти минералы обладают многими важными свойствами, придающими почве высокую емкость катионного обмена, набухаемость, липкость, и их часто рассматривают как собственно глинистые минералы. Наибольшее значение имеют следующие группы слоистых силикатов: монтмориллониты (смектиты), каолиниты, слюды и гидрослюды, хлориты, вермикулиты и смешанослойные минералы.

Все важнейшие группы глинистых минералов образованы слоями кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров (или другого состава) .

Каолинит.

В группу каолинита входят минералы: каолинит, диккит, накрит и галлуазит. Собственно каолинит имеет формулу Al4(OH)8[Si4Oi0] и представлен пакетом из октаэдрического и тетраэдрического слоев . Элементарная ячейка каолинита не симметрична, поскольку одна сторона пакета представлена октаэдрами, а другая – тетраэдрами. Соответственно одна поверхность пакета образована кислородными атомами, а другая — гидроксильными группами. Между

пакетами образуется довольно прочная водородная связь, препятствующая увеличению межпакетных промежутков. Межплоскостное расстояние стабильно и равно 7,14 А . Каолинит не набухает вследствие прочных водородных связей

между пакетами. Удельная поверхность его невелика и обычно находится в пределах от 5—7 до 25—30 м /г. Емкость катионного обмена соответственно мала и обычно не превышает 10 мг-экв/100 г.

Поскольку в пакетах каолинита имеются расположенные на поверхности гидроксильные группы, то для него характерен отрицательный заряд.

Величина заряда непостоянна и зависит от рН среды; при pН нарастает диссоциация поверхностных групп ОН и отрицательный заряд увеличивается.

Монтмориллонит. Минералы группы монтмориллонита — это трехслойные алюмосиликаты. Минералы этой группы называют также смектитами. В зависимости от характера изоморфного замещения и локализации зарядов различают собственно монтмориллонит, бейделлит и нонтронит. Последний отличается высокой степенью изоморфного замещения А1³⁺ на Fe³⁺. Кроме перечисленных минералов в группу монтмориллонита входят также сапонит,гекторит, соконит и множество разновидностей. Глинистые породы с высоким содержанием монтмориллонита называют бентонитами.

Общая формула минералов группы монтмориллонита может быть

записана как (Са²⁺, Mg²⁺, Na²⁺...) (Al, Mg)2(OH)2[(Si, Al)4Oio]× nH₂О. Тетраэдрический слой, как указывалось выше, может быть выражен формулой Si205 или Si4O10; в формуле монтмориллонита этот слой записан

как (Si, А1)4О2. Это показывает, что часть Si может быть замещена

на А1, что характерно для бейделлита. В круглых скобках формулы

показаны А1 и Mg, находящиеся в центрах октаэдров, а две группы ОН находятся в вершинах октаэдров. Катионы Са +, Mg , Na+ (и другие) являются обменными катионами, компенсирующими отрицательный заряд ячейки. Молекулы Н2О, показанные в формуле, находятся в межпакетных промежутках . Свойства монтмориллонита существенно отличны от свойств каолинита. Для монтмориллонита характерна высокая удельная поверхность

— 400—800 м /г, высокая емкость катионного обмена, достигающая 100 мг-экв/100 г и даже выше; при набухании объем монтмориллонит увеличивается в 1,5—2,5 раза.

Слюды и гидрослюды. Эти минералы также имеют кристаллическую решетку типа 2 : 1, но для них характерен высокий отрицательный заряд, возникающий в тетраэдрическом слое за счет замещения Si нан А1.

Тетраэдрические слои двух смежных пакетов в слюдах расположены

так, что гексагональные кольца двух сеток совмещены, образуя гексагональные пустоты, радиус которых близок к радиусу иона К .

В этих пустотах расположены ионы К , компенсирующие отрицательный заряд пакета. В результате между пакетами возникает весьма прочная связь , и поэтому слюды отличаются низкой набухаемостью и низкой емкостью поглощения катионов.

Собственно слюды относят часто к первичным минералам. Кроме

них в почвах присутствуют иллиты (или гидрослюды), которые некоторые авторы относят к вторичным минералам и называют почвенными слюдами. В литературе можно встретить и такие случаи, когда термин

«иллит» относят только к минералам тонкодисперсных фракций, а термин «гидрослюды » употребляют применительно к крупным фракциям.

Иллиты отличаются от мусковита меньшим содержанием К и

более высоким количеством SiО2. У иллитов более низкий заряд элементарной ячейки, и решетка у них более подвижна.

Слюды и гидрослюды являются главным источником калия в почвах. Теоретическое содержание К в слюдах равно 9—10%, в иллитах

о составляет 7%, а в иллитовых глинах —5—8%.

Хлориты.

Эта обширная группа минералов с решеткой типа 2:1:1. В хлоритах трехслойные пакеты 2 : 1, подобные слюдам, чередуются с добавочным октаэдрическим слоем. Добавочный слой октаэдров, может быть представлен бруситовым слоем Mg(OH)2, однако изоморфные замещения весьма разнообразны. Собственно хлориты приурочены преимущественно к крупным — пылеватым и песчаным — гранулометрическим фракция . Они практически не набухают и имеют небольшую емкость катионного обмена.

Смешанослойные минералы.

Обширную, но очень плохо изученную составляют минералы, структура которых сложена не однотипными пакетами, а пакетами, принадлежащими различным индивидуальным минералам. Чередование пакетов может быть упорядоченным когда определенный набор и последовательность пакетов повторяются периодически; возможно и неупорядоченное чередование паке-

тов, когда последние расположены в случайной последовательности.

Диагностика смешанослойных минералов довольно сложна.