Иллитовые минералы

Иллитовые минералы по общему характеру структуры близки к слюдам. Основной структурной единицей является слой, сложенный из двух слоев кремнекислородных тетраэдров с октаэдрическим слоем между ними. Вершины всех тетраэдров в каждом кремнекислородном слое повернуты к центру структурной единицы и связаны с октаэдрическим слоем в элементарный слой путем соответствующего замещения гидроксилов атомами кислорода. Эта структурная единица идентична структурным единицам, слагающим структуру монтмориллонита, за исключением того, что некоторая часть атомов кремния здесь всегда замещена алюминием, а образовавшийся недостаток зарядов сбалансирован ионами калия. Во многих хорошо окристаллизованных слюдах одна четвертая часть атомов кремния замещена атомами алюминия. Элементарный слой в направлениях а и b бесконечен; слои накладываются друг на друга в направлении с. Ионы калия располагаются между элементарными слоями, где они помещаются точно в гексагональных пустотах поверхности кислородного слоя. Соседние слои накладываются друг на друга таким образом, что ион калия отстоит на равных расстояниях от 12 атомов кислорода, по шести в каждом слое (фиг. 2-8). Толщина этого силикатного элементарного слоя составляет приблизительно 10 А.

Слюды могут быть диоктаэдрическими или триоктаэдрическими; кроме того, существуют большие различия в характере заселения октаэдрических позиций; возможны также различия в способе наложения одного силикатного слоя на другой. Так, мусковит является диоктаэдрической слюдой со структурной формулой (ОН)4К2(Si6Al2)Аl4О20, а биотит — это триоктаэдрическая слюда, в которой октаэдрические позиции заняты преимущественно магнием и железом. Существует большое число полиморфных модификаций биотита в зависимости от количества силикатных слоев в элементарной ячейке и способа наложения их друг на друга.

Иллитовые глинистые минералы, по-видимому, отличаются от хорошо окристаллизованных слюд относительно меньшим развитием замещений кремния алюминием в тетраэдрах, меньшим содержанием калия и некоторой беспорядочностью в наложении силикатных слоев. Кроме того, между силикатными слоями иллитовых минералов может присутствовать небольшое количество воды. В каждом отдельном случае, как правило, точно не удается установить, является ли это различие следствием разницы в составе силикатных структурных единиц или оно связано с присутствием монтмориллонитовых слоев между слоями слюды, но весьма вероятно, что существуют оба эти образования.

Иллитовые минералы часто встречаются в виде чрезвычайно мелких частиц в смеси с другими глинистыми минералами; в этом случае полиморфные разновидности их не могут быть определены. Полиморфные модификации иллитовых минералов удается определить, когда их кристалличность лучше, а размеры частиц больше. Такие определения показали, что большинство иллитов диоктаэдрические, хотя среди них также были обнаружены триоктаэдрические разновидности. Глауконит обычно содержит диоктаэдрический иллит специфического состава. Большая часть материала, описанного как глауконит, также содержит набухающий компонент в смешаннослойном срастании с иллитом.

Структура иллита отличается от структуры монтмориллонита несколькими важными особенностями. Дефицит заряда у иллита, вызванный замещениями в пределах элементарного слоя, составляет примерно 1,30—1,50 по сравнению с приблизительно 0,65 у монтмориллонита. Этот дефицит заряда у иллита локализован главным образом в кремнекислородном слое и, следовательно, расположен близ поверхности элементарных слоев, в то время как в монтмориллоните дефицит заряда часто, а возможно и почти всегда, связан с октаэдрическим слоем, расположенным в центре элементарного слоя. В иллите катионом, балансирующим недостаток заряда в элементарных слоях, является главным образом калий, располагающийся между элементарными слоями. Благодаря этим различиям положение элементарных слоев в структуре иллита более или менее фиксировано так, что полярные ионы не могут внедряться между ними и вызывать набухание. Кроме того, межслоевые уравновешивающие катионы необменные, за исключением тех, которые находятся на краях слоев.

Вероятно, могут существовать все переходы между иллитом и хорошо окристаллизованными слюдами, с одной стороны, и монтмориллонитом — с другой. В настоящее время нет данных, которые позволили бы положительно решить этот вопрос, но следует отметить, что до сих пор детально изученные иллиты чаще имеют свойства, отличающие их от биотита и мусковита, чем признаки, свидетельствующие о существовании постепенных переходов к ним.

Видимо, существует вся серия постепенных переходов между иллитом и глинистым минералом, набухающим подобно монтмориллониту. Удаление почти всего калия из иллитов будет устранять силы, связывающие между собой силикатные слои, и набухание станет возможным. Однако можно ожидать, что такой материал, называемый деградированным иллитом, будет обладать не всеми свойствами монтмориллонитов, которые характеризуются меньшим дефицитом заряда, а замещения, вызывающие появление недостатка заряда, чаще располагаются в октаэдрической, а не в тетраэдрической части структуры монтмориллонита. Казалось бы, например, что такой деградированный иллит будет труднее диспергироваться, будет обладать более высокой поглотительной способностью по отношению к катионам, большей склонностью к фиксации любого доступного калия и меньшей способностью к набуханию, чем монтмориллонит.

На электронных микрофотографиях обычно видны мелкие, плохо ограненные чешуйки, часто группирующиеся в неправильные агрегаты без определенных очертаний. Большая часть этих чешуек имеет диаметр 0,1—0,3 мк, но в шлифах иллитовых глин под оптическим микроскопом изредка можно видеть более крупные частицы размером до нескольких микронов в диаметре.

В воде частицы плохо окристаллизованного иллита сильно дезагрегируются, а частицы хорошо окристаллизованных разновидностей иллитов дезагрегируются слабее. Эта дезагрегация осуществляется по спайности между силикатными элементарными слоями. Совершенство спайности колеблется от спайности, примерно соответствующей монтмориллониту у деградированного иллита, до спайности, подобной каолиниту у исключительно хорошо окристаллизованного иллита.

Изредка на электронных микрофотографиях обнаруживаются частицы иллита с гексагональными очертаниями; Уивер описал удлиненные брусковидные чешуйки этого минерала.