점토광물 구조

정의

점토광물은 얇은 판이 여러 겹 쌓인 미세 광물이다.

판 하나하나의 원자 배열과 판 사이의 힘이 광물마다 달라 팽윤 거동을 바꾼다.

기본 구조 단위

사면체 시트는 규소 하나를 산소 네 개가 둘러싼 단위가 평면으로 이어진 층이다.

팔면체 시트는 알루미늄이나 마그네슘이 산소와 수산기 여섯 개에 둘러싸인 단위가 이어진 층이다.

두 시트를 어떻게 쌓느냐에 따라 점토광물의 구조가 나뉜다.

1:1형과 2:1형

점토광물은 사면체와 팔면체 시트를 쌓는 방식으로 1:1 구조와 2:1 구조로 나눈다.

1:1 구조는 사면체 한 층과 팔면체 한 층이 한 단위를 이룬다. 층 사이는 수소결합으로 묶인다.

2:1 구조는 팔면체층 양쪽을 사면체층이 감싸는 구조다.

이 차이가 층간 결합의 세기와 물이 들어갈 수 있는지를 정한다.

동형 치환과 음전하

점토광물의 전하는 동형 치환으로 생긴다. 낮은 원자가 이온이 높은 원자가 이온 자리를 대신한다.

Si⁴⁺ 자리에 Al³⁺가 들어가면 양전하가 부족해져 층 표면이 음(-)으로 대전된다.

이 음전하를 상쇄하려고 층간에 양이온이 들어간다. 이 음전하가 교환능력과 물 흡착의 원천이다.

세 광물 비교

세 광물은 층 구조와 층간 결합력에 따라 팽윤성과 교환능력이 달라진다.

카올리나이트는 1:1 구조로 층간 수소결합이 있어 팽윤이 거의 없다.

일라이트는 칼륨 이온이 층을 고정해 팽윤이 작고 중간 성질을 보인다.

몬모릴로나이트는 층간 결합이 약해 물이 들어가 팽윤이 가장 크다.

활성도 계산

활성도는 소성지수를 2μm 이하 점토분 함량 백분율로 나눈 값이다.

소성지수 30%, 점토분 40%이면 활성도는 30 나누기 40, 즉 0.75다.

0.75는 1보다 작으므로 활성도가 낮은 편이며 1:1형 광물이 우세하다고 본다.

활성도가 1 이상이면 스멕타이트 계열의 영향이 크다고 해석한다.

PI 60%, 점토분 40%이면 활성도는 얼마인지 직접 구해 보자.

정리

정리하면 점토광물 구조는 시트를 쌓는 방식과 층간 결합력으로 결정된다.

1:1형은 T-O 한 쌍에 수소결합이고, 2:1형은 T-O-T 구조에 층간 양이온이 결합한다.

시험에서는 층 수를 세지 말고 결합 순서와 층간 결합으로 설명한다.