2017-05-06_172346
2017-05-06_172346
previous arrow
next arrow

What is Silicate Clay?

Insulation Pumping Method
January 29, 2020
Handout ProRox
January 29, 2020

What is Silicate Clay?

วัสดุทนไฟ อิฐทนไฟ ฉนวนกันความร้อน เซรามิคส์ไฟเบอร์ ปูนทนไฟ เตาหลอม เตาอบ

What is Silicate Clay?

ซิลิเกตเคลย์ หรือ อะลูมิโนซิลิเกต (Silicate Clay) – คือส่วนประกอบของอลูมิน่า และ ซิลิกา

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. โครงสร้างของซิลิเกตเคลย์


คุณสมบัติที่สำคัญในการกำหนดโครงสร้างของซิลิเกตเคลย์ ได้แก่คุณสมบัติทางกายภาพที่ประกอบด้วย พื้นที่ผิว ความเหนียว ความอ่อนตัว และการขยายตัว รวมทั้งคุณสมบัติทางเคมีได้แก่ ไอออนลบที่อยู่บริเวณผิวของซิลิเกตเคลย์ ซึ่งจะมีไออออนบวกต่างๆเช่น ไฮโดรเจนไอออน โซเดียมไอออน และโปตัสเซียม เป็นต้น มาเกาะบริเวณผิวของซิลิเกตเคลย์ เป็นจำนวนมาก

4. ซิลิเกตเคลย์ประกอบด้วย


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. โครงสร้างผลึกของซิลิเกตเคลย์ 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)
ที่มา (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
Top