ซิลิเกตเคลย์ คืออะไร ?
ซิลิเกตเคลย์ หรือ อะลูมิโนซิลิเกต (Silicate Clay) คือส่วนประกอบของอลูมิน่า และ ซิลิกา มีคุณสมบัติที่สำคัญในการดูดซับน้ำและธาตุอาหาร สามารถใช้ในงานก่อสร้าง การเกษตร การทำเซรามิก และอุตสาหกรรมอื่นๆ ได้อย่างมากมาย
| เลือกอ่านตามหัวข้อ |
1. ดินที่อยู่ในสารละลายประกอบด้วยแร่ธาตุต่าง ๆ
อินทรียวัตถุที่มีขนาดเล็กมาก และสามารถแขวนลอย ซึ่งมีอนุภาคเล็กราว 0.5 – 0.2 ไมครอน สารคอลลอยด์ในดิน แบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ
1. คอลลอยด์ที่เป็นสารอินทรีย์ (organic colloid) คอลลอยด์ประเภทนี้ คือ ส่วนที่หลงเหลือจากเศษซากพืชซากสัตว์ที่ถูกย่อยสลายแล้ว ส่วนนี้จะทนทานต่อการสลายตัวหรือสลายตัวได้ช้ามาก เรียกสารอินทรีย์ส่วนนี้ว่า ฮิวมัส (humus)
2. คอลลอยด์ที่เป็นสารอนินทรีย์ (inorganic colloid) คอลลอยด์ประเภทนี้ คือ ส่วนที่ได้จากการสลายตัวของแร่ธาตุ ซึ่งจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของไอออนและอนุมูลต่าง ๆ และส่วนที่ปลดปล่อยออกมานี้อาจตกผลึก หรือทำปฏิกิริยารวมตัวกันใหม่ เป็นผลึกบาง ๆ มีขนาดเล็กมาก เรียกว่า แร่ดินเหนียว (clay mineral) แร่ดินเหนียวแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของเหล็กและอะลูมินัม และซิลิเกตเคลย์ หรืออะลูมิโนซิลิเกต
2. คุณสมบัติที่สำคัญของ ซิลิเกตเคลย์ (Silicate clay)
ซิลิเกตเคลย์ หรืออะลูมิโนซิลิเกต เป็นคอลลอยด์ที่มีอยู่ในดินมากที่สุดในโครงสร้างของแร่ดินเหนียว มีสมบัติที่สำคัญดังต่อไปนี้
1. ซิลิเกตเคลย์ มีลักษณะเป็นแผ่นบาง ๆ ซ้อนกันอยู่เป็นจำนวนมาก อนุภาคของแร่ดินเหนียวส่วนใหญ่จะมีลักษณะเป็นผลึกบาง ๆ มีรูปร่างเป็นหกเหลี่ยม (hexagonal ) ซึ่งสามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (electron microscope) ส่วนแร่ดินเหนียวบางชนิดมีรูปร่างเป็นม้วนก็มี ขนาดของ ซิลิเกตเคลย์ จะอยู่ระหว่าง 0.01 – 5.0 ไมครอน
2. พื้นที่ผิว (surface area) ซิลิเกตเคลย์ มีขนาดเล็กมาก และเป็นแผ่นแบบและบาง จึงทำมีพื้นที่ผิว มีค่าสูง นอกจากนี้ ซิลิเกตเคลย์ยังมีพื้นที่ผิวภายใน ซึ่งอยู่ตามหลืบระหว่างแผ่นผลึกของซิลิเกตเคลย์ที่ซ้อนทับกันอยู่เป็นอนุภาค ทำให้มีพื้นที่ผิวมากที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับทรงกลม และลูกบาศก์
3. ความเหนียว (cohesion) และอ่อนตัว (plasticity) ความเหนียวหมายถึง ความสามารถเกาะยึดกันได้ระหว่างอนุภาคของดินเหนียวเมื่อดินเหนียวมีความชื้นที่เหมาะสมจะมีความอ่อนนุ่ม สามารถบีบปั้นให้เป็นรูปต่าง ๆ ได้ จะเห็นได้ว่าความเหนียวและความอ่อนตัวจะขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของดินเหนียวเป็นอย่างมาก ถ้าหากดินเหนียวมีพื้นที่ผิวมาก น้ำก็เกาะยึดอยู่ได้มาก ทำให้อนุภาคของดินเหนียวเกาะติดกันได้ดี และมีความอ่อนตัวจะมีสภาพเหนียวและเกาะติดมือ และการไถพรวนดินทำได้ลำบากตรงข้าม ถ้าดินมีพื้นที่ผิวดินเหนียวน้อยถึงแม้จะมีความชื้นมากก็ไปทำให้ดินเหนียวไม่สามารถเกาะติดกับดินเหนียวของอนุภาคอื่นได้ดี ทำให้ดินมีสภาพร่วนไม่เหนียว และการไถพรวนดินก็ทำได้ง่าย
4. การขยายตัว (swelling) และการหดตัว (shrinking) การขยายตัวและการหดตัวขึ้นอยู่กับช่องว่างหรือหลืบระหว่างแผ่นผลึกที่ซ้อนทับ เมื่อน้ำเข้าไปอยู่หลืบ (inter layer) มากขึ้นทำให้หลืบระหว่างดินเหนียวอ้ามากขึ้นทำให้ดินเหนียวเมื่อเปียกน้ำทำให้เกิดการพองหรือการขยายตัว แต่เมื่อน้ำในหลืบของดินเหนียวระเหยออกไปก็จะทำให้หลืบของดินเหนียว นั้นยุบตัวลง ทำให้เกิดการหดตัว จะเห็นได้จากดินในท้องนาในหน้าร้อน ดินจะแตกระแหงเนื่องจากการหดตัวของดินเหนียวส่วนในหน้าฝนเมื่อดินชื้นการแตกระแหงจะหายไป เนื่องจากดินเกิดการพองหรือขยายตัว
5. ประจุลบ (electronegative charge) การดูดยึดไอออนบวก (adsorption of cation) บริเวณผิวของอนุภาคดินเหนียว จะมีประจุลบอยู่จำนวนมากเมื่อดินเหนียวอยู่ในสภาพแขวนลอยจะมีอนุภาคของน้ำและแคตไอออน (cation) มาเกาะอยู่ที่ดินเหนียว เต็มไปหมดสภาพเช่นนี้เราเรียกว่าเคลย์ ไมเซลล์ (clay micelle) ไอออนบวกที่ถูกยึดอยู่ที่ผิวของดินเหนียว จะถูกยึดแบบหลวม ๆ สามารถถูกไล่ที่ได้ด้วยแคตไอออนชนิดอื่น ๆ ได้ ซึ่งเรียกแคตไอออนพวกนี้ว่า แคตไอออนที่แลกเปลี่ยนได้ (exchangeable cation) ดินส่วนใหญ่พบว่ามี แคตไอออน พวก ไฮโดรเจนไอออน โปตัสเซียมไอออน โซเดียมไอออนแมกนีเซียมไอออน และคัลเซียมไอออนเกาะที่ผิวของดินเหนียว
6. โครงสร้างและชนิดของซิลิเกตเคลย์ นักวิทยาศาสตร์สามารถหาโครงสร้างของซิลิเกตเคลย์โดยใช้รังสีเอกซ์
3. โครงสร้างของ ซิลิเกตเคลย์
คุณสมบัติที่สำคัญในการกำหนดโครงสร้างของซิลิเกตเคลย์ ได้แก่คุณสมบัติทางกายภาพที่ประกอบด้วย พื้นที่ผิว ความเหนียว ความอ่อนตัว และการขยายตัว รวมทั้งคุณสมบัติทางเคมีได้แก่ ไอออนลบที่อยู่บริเวณผิวของซิลิเกตเคลย์ ซึ่งจะมีไออออนบวกต่างๆเช่น ไฮโดรเจนไอออน โซเดียมไอออน และโปตัสเซียม เป็นต้น มาเกาะบริเวณผิวของซิลิเกตเคลย์ เป็นจำนวนมาก
4. ซิลิเกตเคลย์ ประกอบด้วย
4.1. หน่วยที่สำคัญของผลึกของเคลย์ (clay) มีดังนี้
* หน่วยของซิลิกาเตตระฮีดรัล (silica tetrahedral unit) ประกอบด้วย ธาตุซิลิกา 1 อะตอม ล้อมรอบด้วยธาตุออกซิเจน 4 อะตอม เกิดเป็นรูปทรงที่มีสี่ด้าน เรียกว่า หน่วยของ เตตระฮีดรัล (tetrahedral unit) ทำให้เกิดเป็นแผ่นคล้ายรังผึ้ง คือจะเป็นแผ่นที่มีช่วงรูปหกเหลี่ยมอยู่ทั่วไป เรียกว่า แผ่นของซิลิกาเตตระฮีดรัล (silica tetrahedral sheet) หรือเรียกว่า แผ่นซิลิกา (silica sheet)
* หน่วยของอลูมินาออกตาฮีดรัล (alumina octahedral unit) ประกอบด้วยธาตุอลูมินัม 1 อะตอม อยู่ตรงกลางล้อมรอบด้วยออกซิเจน 6 อะตอม ทำให้เกิดเป็นรูปทรงที่มีแปดด้านขึ้นเรียกว่าแผ่นอลูมินาออกตาฮีดรัล (alumina octahedral sheet) หรือ แผ่นอลูมินา (alumina sheet) ซิลิเกตเคลย์ ทุกชนิดประกอบด้วยหน่วยโครงสร้างดังกล่าวแทบทั้งสิ้น ซิลิเกตเคลย์ชนิดต่าง ๆ เกิดขึ้นจากการแตกต่างกันที่กันเรียงซ้อนทับของแผ่นซิลิกาและ แผ่นอลูมินาและการแลกเปลี่ยนการแทนที่ของซิลิกอน (Si) และอลูมิเนียม (Al)
4.2. โครงสร้างผลึกของ ซิลิเกตเคลย์ ประกอบด้วย
* เคโอลิไนต์ (kaolinite) มีสูตรว่า Si4 Al4 O10 (OH)8 พบอยู่ในดินมากที่สุด มีโครงสร้างประกอบด้วย แผ่นซิลิกา (silica sheet) 1 แผ่น ประกบทับแผ่นของ อลูมินา (alumina sheet) อีก 1 แผ่น โดยมี ซิลิกอน (Si) และอลูมิเนียม (Al) จะร่วมเกาะออกซิเจนตัวเดียวกันในด้านที่ประกบเข้าหากัน จึงทำให้แผ่นทั้งสองประสานกันรวมกันเข้าเป็นผลึกของแร่เคโอลิไนต์ (ภาพที่ 1)
ภาพที่ 1 – แบบจำลองแสดงโครงสร้างพื้นฐานของโครงสร้างเคโอลิไนต์ (1 : 1 ไทป์)
มา (The university of Minnesona, 2000)
* มอนต์มอริลโลไนต์ (montmorillonite) มีสูตร [Si8 Al4 O20 ( OH )4 ] ประกอบด้วย แผ่นซิลิกา (silica sheet) 2 แผ่น และ แผ่นอะลูมินา (alumina sheet) 1 แผ่น นิยมเรียกว่าเป็นพวก 2 : 1ไทป์เคลย์ โดยมี ซิลิกอน และอลูมิเนียม อะตอมในแผ่นเหล่านี้ต่างก็เกาะยึดออกซิเจนร่วมกันประกอบกันเป็นผลึกของ มอนต์มอริลโลไนต์ มีสูตร K (Si Al4 O20 (OH)6 ( ภาพที่ 2 )
ภาพที่ 2 – แบบจำลองพื้นฐานโครงสร้างมอนต์มอริลโลไนต์ (2 : 1 ไทป์)
ที่มา (The university of Minnesona, 2000)
* อิลไลต์ (illite) หรือพวกไฮดรัสไมกา (hydrons mica) มี องค์ประกอบของผลึกคล้ายกับพวกมอนต์มอริลโลไนต์มาก จึงเป็นพวก 2 : 1ไทป์เคลย์ คุณสมบัติต่าง ๆ ของ อิลไลต์จะอยู่ระหว่างของมอนต์มอริลโลไนต์ และเคโอลิไนต์ (ภาพที่ 3)
ภาพที่ 3 แสดงโครงสร้างอิลไลต์ ( 2 : 1 ไทป์ )
ที่มาของภาพ : The university of Minnesona, 2000
ที่มาของข้อมูล : http://elearning.nsru.ac.th/web_elearning/soil/lesson_7_2.php
