Minerały ilaste są uwodnionymi glinokrzemianami Al, Mg i Fe, należącymi do krzemianów warstwowych. W zależności od wzajemnego układu warstw oktaedrów i tetraedrów mogą one należeć do krzemianów: dwuwarstwowych o typie budowy 1:1, gdzie warstwa oktaedrów jest trwale i jednostronnie połączona z warstwą tetraedrów trójwarstwowych o typie budowy 2:1, gdzie warstwa oktaedrów zamknięta jest między dwoma warstwami tetraedrów zwróconych do siebie wierzchołkami.
Minerały ilaste na podstawie budowy dzieli się na:
dwuwarstwowe:
grupa kaolinitu (kandyty) - kaolinit, hydrohaloizyt i dickit.
trójwarstwowe:
grupa hydromik: illit i hydromuskowit,
grupa montmorillonitu (smektyty): montmorillonit i beidellit,
grupa wermikulitu: wermikulit.
allofany - formy bezpostaciowe, Al2 · SiO2 · nH2O.
Minerały ilaste powstają głównie w wyniku wietrzenia chemicznego innych glinokrzemianów, mogą także krystalizować z roztworu. Rodzaj powstających minerałów ilastych zależy od składu chemicznego wietrzejącego minerału pierwotnego oraz od warunków środowiska (odczynu, obecności różnych jonów itp.). Odczyn kwaśny sprzyja powstawaniu kaolinitu, obojętny lub alkaliczny - montmorillonitu. Grupa minerałów ilastych wyróżnia się zespołem charakterystycznych cech, do których należą:
1. Powierzchnia właściwa - cząstki ilaste ze względu na ich drobne wymiary posiadają dużą powierzchnię zewnętrzną. Jednak nie stanowi ona ich całkowitej powierzchni właściwej, na którą składa się dodatkowo powierzchnia wewnętrzna, czyli międzypakietowa. Ogromna powierzchnia właściwa minerałów ilastych jest więc wynikiem zarówno dużego rozdrobnienia materiału, jak i pakietowej struktury cząstek. Aby dobrze zrozumieć ten problem należy uzmysłowić sobie, iż powierzchnia właściwa frakcji ilastej na 1 ha typowej gleby pyłowej lub ilastej jest w przybliżeniu 20-25 razy większa od powierzchni Polski. Największą powierzchnię właściwą mają minerały trójwarstwowe (grupa montrmorillonitu), najmniejszą zaś minerały dwuwarstwowe (grupa kaolinitu).
2. Elektroujemne ładunki - cząstki ilaste posiadają zazwyczaj ładunek ujemny. Powoduje on przyciąganie przez powierzchnię minerału ilastego ogromnej ilości kationów. W ten sposób powstaje tzw. podwójna warstwa jonowa. Składniki cząstki koloidalnej stanowią wewnętrzną warstwę jonową, będącą "wielkim anionem", którego powierzchnia posiada znaczną ilość ładunków ujemnych. Zewnętrzną warstwę jonową stanowi ogromna ilość dość luźno związanych kationów, które otaczają cząstkę koloidalną, a w niektórych przypadkach wnikają do jej wnętrza. Oprócz kationów na powierzchni cząstki koloidalnej grupuje się też duża ilość cząsteczek wody. Część tej wody wiązana jest przez zasorbowane kationy, poza tym wszystkie minerały ilaste wiążą duże ilości wody w przestrzeniach międzypakietowych. Sorpcja kationów przez minerały ilaste odgrywa w glebie ogromną rolę.
3. Właściwości fizyczne - w zależności od uwilgotnienia minerały ilaste wykazują odmienne właściwości. W stanie wilgotnym są one plastyczne i maziste, zaś w trakcie suszenia kurczą się, przechodząc w zwięzły i silnie scementowany materiał. Właściwości te decydują o szeregu właściwości fizycznych gleb, takich jak pęcznienie i kurczliwość, czy plastyczność i lepkość W minerałach dwuwarstwowych (grupa kaolinitu) poszczególne pakiety związane są trwale wiązaniami wodorowymi (wodór grup OH oktaedrów). Wiązania te są na tyle silne, że nie dopuszczają do zwiększenia przestrzeni międzypakietowych i uniemożliwiają wchodzenie wody i dodatkowych kationów. Zdolności sorpcyjne tych minerałów są ograniczone tylko do ich powierzchni zewnętrznych. Odmienne właściwości posiadają minerały trójwarstwowe. W pakietach illitu (grupa hydromik) około 20% jonów Si4+ jest podstawione jonami Al3+. Wywołane tym podstawieniem ładunki ujemne są rekompensowane występującymi w przestrzeniach międzypakietowych kationami potasu. Wielkośc promienia jonowego potasu jest zbliżona do rozmiaru przestrzeni międzypakietowej, dzięki czemu jony te są zasorbowane trwale, działają usztywniająco na sąsiadujące pakiety i uniemożliwiają wchodzenie wody. Struktura illitu nie jest zatem rozciągliwa, a zwiazane jony potasu nie są dostępne dla roślin. Sorbowanie zachodzi tu głównie na powierzchni zawnętrznej minerału. Struktura wermikulitu jest do pewnego stopnia rozciągliwa. W przestrzeniach międzypakietowych, oprócz jonów Mg2+ równoważących ujemny ładunek pakietów, mieszczą się dwie warstwy cząsteczek wody. Dzięki temu kationy wymienne mogą być sorbowane również w przestrzeniach międzypakietowych. Pomiędzy pakietami montmorillonitu występują słabe siły międzycząsteczkowe (siły van der Waalsa), króre nie są w stanie przeciwdziałać wnikaniu wody i kationów wymiennych. Odległości międzypakietowe tego minerału mogą sie zwiększać nawet dwukrotnie (duże zmiany objętości). Wysoka zawartość montmorillonitu w glebach przyczynia się do wzrostu ich zdolności do pęcznienia i kurczliwości, a także plastyczności i lepkości. Najważniejszymi przedstawicielami minerałów ilastych są: kaolinit, illit, montmorillonit i wermikulit.
KAOLINIT
Al4(OH)8(Si4O10)
Fig. 1. Wyrobisko kaolinu w okolicy Vidnava (Rep. Czeska)
CECHY MAKROSKOPOWE:
Postać kryształów: kaolinit krystalizuje w układzie jednoskośnym.
Pokrój kryształów: łuseczkowy.
Barwa: biała, żółtawa, czasem z odcieniem zielonym.
Połysk: tłusty, matowy, perłowy.
Rysa: biała.
Twardość: 2,5.
Łupliwość: doskonała.
Gęstość: 2,63 g/cm3.
WYSTĘPOWANIE
Kaolinit najczęściej jest produktem wietrzenia glinokrzemianów (głównie skaleni) w środowisku wilgotnym i w obecności CO2 (odczyn kwaśny). Proces kaolinizacji rozwija się zwłaszcza w skałach granitowych i pokrewnych. Kaolinit jest głównym składnikiem glin i iłów, występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład frakcji ilastej.
ILLIT
CECHY MAKROSKOPOWE:
Postać kryształów: illit krystalizuje w układzie jednoskośnym.
Pokrój kryształów: łuseczkowy.
Barwa: biaława, zielonawa lub brunatnawa.
Połysk: tłusty, matowy, perłowy.
Rysa: biała.
Twardość: 1,0-2,0.
Łupliwość: doskonała.
Gęstość: 2,6-2,9 g/cm3.
Fig. 2. Iłowce illitowe, baton, kopalnia Wienerberger w Gnaszynie
WYSTĘPOWANIE
Illit najczęściej jest produktem wietrzenia glinokrzemianów (głównie skaleni). Może również powstawać w procesach przemian innych minerałów ilastych i muskowitu. Illit jest pospolitym składnikiem iłów, występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład frakcji ilastej.
MONTMORILLONIT
CECHY MAKROSKOPOWE:
Postać kryształów: montmorillonit krystalizuje w układzie jednoskośnym.
Pokrój kryształów: łuseczkowy.
Barwa: biała, z odcieniem szarym, różowym bądź czerwonym.
Połysk: tłusty, matowy, perłowy.
Rysa: biała.
Twardość: 2,5.
Łupliwość: doskonała.
Gęstość: 1,7-2,7 g/cm3.
Fig. 3. Bentonit - skała ilasta zbudowana głównie z montmorilonitu, miocen, kopalnia wapieni w Drugni Rządowej
WYSTĘPOWANIE
Montmorillonit powstaje w strefie wietrzenia ciemnych skał magmowych: diabazów, bazaltów i gabra w warunkach alkalicznych. Jest on głównym składnikiem iłów bentonitowych. W glebach występuje jedynie tam, gdzie zaistniały warunki alkaliczne, niezbędne przy jego tworzeniu.
WERMIKULIT
CECHY MAKROSKOPOWE:
Postać kryształów: wermikulit krystalizuje w układzie jednoskośnym.
Pokrój kryształów: krótkie słupki lub tabliczki o zarysach sześciobocznych.
Barwa: żółtawa, zielonawa lub brunatna.
Połysk: tłusty, matowy, perłowy.
Rysa: biała.
Twardość: 1,0.
Łupliwość: doskonała.
Gęstość: 2,3 g/cm3.
WYSTĘPOWANIE
Wermikulit jest produktem wietrzenia lub hydrotermalnego rozkładu biotytu. Występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład frakcji ilastej.
ALLOFANY
Al2O3 · nSiO2 · mH2O
Część substancji ilastej występuje w glebach w postaci amorficznej. Odnosi się to do niektórych uwodnionych tlenków żelaza i glinu oraz części krzemionki, zwłaszcza w glebach powstałych z popiołów wulkanicznych. Grupę tych związków określa się wspólnym mianem allofanów, będących słabo dotychczas poznaną kombinacją krzemionki i półtoratlenku glinu. Pojemność sorpcyjna allofanów jest bardzo duża. Na szczególną uwagę zasługuje fakt, iż pojemność ta odnosi się nie tylko do kationów (jak w przypadku pozostałych minerałów ilastych), ale również do anionów. Mechanizm powstawania niezrównoważonych ładunków w tego typu minerałach nie został jeszcze poznany, wiadomo jednak, iż mają one charakter zależny od pH.
GLAUKONIT
Glaukonit (gr. glaukos - niebieskozielony, niebieskawy) jest pospolitym minerałem z gromady krzemianów zaliczanym do minerałów ilastych. Występuje w postaci drobnych, okrągławych ziaren o średnicy dochodzącej 1,0–2,0 mm. Często tworzy skupienia oolitowe, sferolityczne i ziemiste. Jest miękki, przeświecający, barwny – przeważnie w odcieniach zielonych.
CECHY MAKROSKOPOWE:
Postać kryształów: wermikulit krystalizuje w układzie jednoskośnym.
Pokrój kryształów: drobnopłytkowy, listewkowy lub łuseczkowy.
Barwa: zielona w różnych odcieniach.
Połysk: matowy, ziemisty, tłustawy.
Rysa: zielona.
Twardość: 2,0.
Łupliwość: doskonała, jednokierunkowa.
Gęstość: 2,2-2,95 g/cm3.
Fig. 4. Piaskowiec glaukonitowy, Karpaty
WYSTĘPOWANIE
Glaukonit jest pospolitym składnikiem morskich osadów szelfowych. Powstaje do głębokości około 1000 m. Jest spotykany w piaskach, piaskowcach – tzw. piaski i piaskowce glaukonitowe – glaukonityty. Także w marglach, wapieniach, mułowcach.
