Esmectita
Una esmectita (del griego antiguo σμηκτός (smēktós) 'lubricado'; de < i> σμηκτρίς (smēktrís) 'tierra de caminante, tierra de batán'; lit. 'tierra para frotar; tierra que tiene la propiedad de limpiar&# 39;) es una mezcla mineral de diversos silicatos laminares hinchables (filosilicatos), que tienen una estructura de tres capas 2:1 (TOT) y pertenecen a los minerales arcillosos. Las esmectitas se componen principalmente de montmorillonita, pero a menudo pueden contener minerales secundarios como cuarzo y calcita.
Terminología
En mineralogía de arcillas, esmectita es sinónimo de montmorillonita (también el nombre de una fase mineral de arcilla pura) para indicar una clase de arcillas hinchables. El término esmectita se usa comúnmente en Europa y el Reino Unido, mientras que en América del Norte se prefiere el término montmorillonita, pero ambos términos son equivalentes y pueden usarse indistintamente. Para aplicaciones industriales y comerciales, el término bentonita se utiliza principalmente en lugar de esmectita o montmorillonita.
Estructura minera
La estructura de 2:1 capa (TOT) consiste en dos silicas (SiO)2) capas tetraedral (T) que se conectan electrostáticamente a través de un Al2O3 (gibbsite), o Fe2O3, capa central de octaedral (O). Las capas primarias de TOT no se conectan rígidamente entre sí, sino que están separadas por un espacio libre: la intercapa que alberga caciones hidratadas y moléculas de agua. La smectita puede hincharse debido a la reversible incorporación de agua y caciones en el espacio intercapa.
Las capas TOT están cargadas negativamente debido a la sustitución isomórfica de átomos de Si(IV) por átomos de Al(III) en las dos capas tetraédricas de sílice externas y debido a la sustitución de átomos de Al(III) o Fe(III) por Cationes Mg2+ o Fe2+ en la capa octaédrica interna de gibbsita. A medida que las cargas +4 nacidas del Si(IV), y normalmente compensadas por las cargas −4 de los átomos de oxígeno circundantes, se convierten en +3 debido a la sustitución de Si(IV) por Al(III), se produce un desequilibrio eléctrico: +3 −4 = −1. El exceso de cargas negativas en la capa TOT debe compensarse con la presencia de cationes positivos en la capa intermedia. El mismo razonamiento también se aplica a la capa central de gibbsita de la unidad elemental TOT cuando un ion Al3+ se reemplaza por un ion Mg2+ en un octaedro de gibbsita. El desequilibrio eléctrico es: +2 −3 = −1.
Papel de los cationes intercapas en el proceso de hinchazón
y Ca2+
iones) compensando las cargas eléctricas negativas de las capas TOT y con moléculas de agua que causan la expansión del intercapa.
Los principales cationes en las capas intermedias de esmectita son Na+ y Ca2+. Los cationes de sodio son responsables del mayor hinchamiento de la esmectita, mientras que los iones de calcio tienen propiedades de hinchamiento más bajas. La esmectita de calcio tiene una capacidad de hinchamiento significativamente menor que la esmectita de sodio, pero también es menos propensa a encogerse cuando se deseca.
El grado de hidratación de los cationes y sus correspondientes radios hidratados explican el comportamiento de hinchamiento o contracción de los filosilicatos. Otros cationes como los iones Mg2+ y K+ exhiben un efecto aún más contrastado: los iones de magnesio altamente hidratados son "hinchadores" como en la vermiculita (capa intermedia totalmente expandida), mientras que los iones de potasio poco hidratados son "colapsantes" como en illita (capa intermedia totalmente colapsada).
Como el espacio entre capas de las esmectitas es más abierto y, por lo tanto, más fácilmente accesible al agua y los cationes, las esmectitas exhiben la mayor capacidad de intercambio catiónico (CIC) de los minerales arcillosos que se encuentran comúnmente en los suelos. Sólo la vermiculita más expandible y algunos minerales de silicato de aluminio (zeolitas) más raros con estructura de canal interno pueden exhibir una CIC más alta que la esmectita.
Proceso de formación
Las esmectitas se forman a partir de la erosión de basalto, gabro y vidrio volcánico rico en sílice (p. ej., piedra pómez, obsidiana, riolita, dacita). Muchas esmectitas se forman en sistemas hidrotermales volcánicos (como sistemas de géiseres) donde el agua caliente que se filtra a través de la matriz porosa o las grietas del depósito de ceniza volcánica (piedra pómez, puzolana) disuelve la mayor parte de la sílice amorfa (hasta un 50% en peso de SiO< sub>2 se puede disolver), dejando la esmectita en su lugar. Este mecanismo es responsable de la formación del depósito de bentonita (Serrata de Nijar) del Cabo de Gata en la región sureste de Almería en Andalucía (España). La bentonita Wyoming MX-80 se formó de manera similar durante el Período Cretácico cuando las cenizas volcánicas caían en un mar interior del continente americano. Las cenizas volcánicas, muy porosas (con una superficie específica grande y de fácil acceso) y muy reactivas, reaccionaron rápidamente con el agua de mar. Debido a la hidrólisis de la sílice, la mayor parte de la sílice se disolvió en agua de mar y se eliminó de las cenizas dando lugar a la formación de esmectitas. Las esmectitas que se encuentran en muchos depósitos de arcilla marina a menudo se forman de esta manera, como es el caso de las arcillas de Ypresian que se encuentran en Bélgica y son muy ricas en esmectitas.
Aplicaciones industriales
Las esmectitas se utilizan habitualmente en aplicaciones industriales muy diversas. En obras de ingeniería civil se utiliza habitualmente como lechada espesa de bentonita al excavar zanjas estrechas y profundas en el suelo para soportar los muros laterales y evitar su colapso. También se utiliza como lodo para fluidos de perforación. Las esmectitas, más comúnmente llamadas bentonita, son candidatas como materiales de amortiguación y relleno para llenar el espacio alrededor de desechos radiactivos de alto nivel en depósitos geológicos profundos. Las esmectitas también sirven como aditivo en pinturas o como agente espesante para diversas preparaciones.