Δομικός χαρακτηρισμός παλυγορσκιτικών αργίλων με φασματοσκοπία μέσου υπερύθρου

Abstract

Ο παλυγορσκίτης είναι φυσική άργιλος με κυψελωτή δομή, που σχηματίζει σωματίδια με μορφολογία πεπλατυσμένης δοκίδας. Η σύσταση του περιγράφεται από τον γενικό τύπο yMg5Si8O20(OH)2 . (1-y)[xMg2Fe2 . (1-x)Mg2Al2]Si8O20(OH)2, όπου 0≤x<0.7 και 0≤y<0.5, με την μεταβλητή x να εκφράζει το ποσοστό του διοκταεδρικού παλυγορσκίτη που είναι σιδηρούχος και την μεταβλητή y το ποσοστό του τριοκταεδρικού παλυγορσκίτη. Στην πρόσφατη βιβλιογραφία, η δομή του παλυγορσκίτη μελετάται αναλυτικά μέσω του φάσματος των δομικών υδροξυλίων (φασματοσκοπία εγγύς υπερύθρου, NIR) που αποκρίνεται στη φύση και τον σχετικό πληθυσμό των οκταεδρικών ιόντων Al, Fe και Mg. Στο μέσο υπέρυθρο οι σχετικές θεμελιώδεις δονήσεις (ιδίως αυτές που αφορούν το πυριτικό πλέγμα) παρουσιάζουν εξαιρετικά υψηλό συντελεστή απορρόφησης και δεν έχει μελετηθεί ακόμα συστηματικά η προσαρμογή τους στις αλλαγές της σύστασης της οκταεδρικής στοιβάδας. Αυτό το κενό έρχεται να καλύψει η παρούσα μελέτη, όπου με χρήση της τεχνικής της αποσβεννύμενης ολικής ανάκλασης (ATR) εξετάζονται δεκαεννέα δείγματα παλυγορσκιτών διαφορετικής χημικής σύστασης και ενίοτε συγκρίνονται με φάσματα συναφών αργίλων όπως ενός σεπιόλιθου και ενός νατριούχου μοντμοριλλονίτη. Βρέθηκε ότι υπάρχει σχέση μεταξύ θέσεων ταινιών απορρόφησης της πυριτικής στοιβάδας με τη χημική σύσταση της οκταεδρικής στοιβάδας, όπως επίσης και μεταξύ της έντασης ταινίας απορρόφησης νερού και της χημικής σύστασης της οκταεδρικής στοιβάδας. Από την ανάλυση των παραπάνω καταλήγουμε σε σημαντικά συμπεράσματα, για τη φύση της δομής του παλυγορσκίτη, τα οποία συνάδουν με αυτά άλλων μελετών που έλαβαν χώρα σε παράλληλο χρόνο με αυτή την εργασία.

Palygorskite is a natural hydrous magnesium aluminosilicate mineral with a modular structure and a fibrillar morphology. Palygorskite has a mixed dioctahedral-trioctahedral character described by the general formula yMg5Si8O20(OH)2 . (1-y)[xMg2Fe2 . (1-x)Mg2Al2]Si8O20(OH)2, where x expresses the percentage of dioctahedral palygorskite which is ferric, y refers to the percentage of trioctahedral palygorskite, and 0<x<0.7, 0<y<0.5. Recently, a broad set of palygorskites with variable composition have been investigated by near-infrared spectroscopy, NIR, to reveal correlations between crystal structure and octahedral composition. The present study focuses at the systematic investigation of the mid-infrared spectra of the same samples. Due to the very high absorption coefficient of these minerals, Attenuated Total Reflectance (ATR) is employed for non destructive infrared data acquisition. Results indicate the existence of spectral features that depend exclusively on the trioctahedral content (y), or on the Fe(III) content of the dioctahedral fraction, x. Interestingly, a mode attributed to the linkages between adjacent modules is found to depend on both x and y, in a manner similar to the dependence of the d200 spacing of palygorskite. Further, extrapolations to the spectra of ideal fully trioctahedral palygorskite (y=1) leed to the spectrum of sepiolite, an analogous magnesian trioctahedral mineral with broader modules. In agreement with previous studies, the data suggest that trioctahedral-rich palygorskites are members of a dioctahedral palygorskite – sepiolite polysomatic series.