معــــــــادن الطيــــــــن

بسم الله الرحمن الرحيم

من المعلوم ان الارض تكونت نتيجه حدوث عمليات التجويه للصخر الاصلي وعمليات التجويه Weathring اما ان تكون طبيعيه او كيميائيه او بيولجيه وعموما بتؤدي عمليات التجويه الطبيعيه Physical الي تكسير وتحطيم في الصخر الاصلي دون مايحدث تغيير في التركيب الكيميائي يلي ذلك التجويه الكيميائيه Chemical والتي تزداد باذدياد السطح النوعي او صغر حجم حبيبات التربه وتؤدي هذة العمليه الي تغيير في التركيب الكيميائي للمعادن الاوليه وتكوين معادن جديدة مثل معادن الطين ..
بنجد ان المعادن الاوليه Priamry Minerals الموروثه من الصخور الاوليه ينتشر فيها الجزء الخشن Corse من الارض مثل الرمل والسلت اما المواد الثانويه التي نتجت نتيجه عمليات التجويه الكيميائيه فتوجد في الجزء الناعم Fine او الجزء الغروي اي الحبيبات التي تكون ذات اقطار اقل من 2 ميكرون ..
في دراستنا بنتناول التركيب المعدني للرمل وبنجد بالنسبه Fraction الخاص بالرمل بتتراوح بين 0.2 الي 0.02 ملليمتر اما Fraction السلت فبيتراوح بين 0.02 الي 0.002 ملليمتر.. حبيبات الرمل والسلت هي عبارة عن اجزاء صغيرة من الصخور والمعادن الاوليه من الصخر الاصلي مثل معادن السليكا والفلسبار والميكا والامفيبولات
..

Tetrahedron: a central cation surrounded by four anions at the corners of a triangular pyramid


Octahedron: a central cation surrounded by six oxygens, four in the plane of the cation, one above, and one below
بالنسبه لمعادن السليكا Silica Minerals
فبيكون في نوعين اما ان تكون Cystalline Silica Or Non Crystalline Silica
منها 3 انواع مختلف في البناء البلوري مثل Quartz,Cristobalite,Tridymite
المعادن المتبلورة او Crystalline بتتبع السليكا الاطاريه وهي عبارة عن تجمعات Tetrahedron ممتدة في ثلاثه اتجاهات , والتركيب الكيميائي للسليكا المتبلورة هو نفس التركيب الكيميائي لل Silicon Di Oxide وبنجد انه لايذوب في الماء او الاحماض العاديه ولكن بيذوب في HF (معلومه خاصه)
بالنسبه للمعادن Non Crystalline او Amorphous silica مثل silica gel ,opal .. بنجد ان silica mineral بتكون Resistance مقاومه للتحلل ...
بالنسبه لمعادن Feldspars
هي معادن Alominosilicates تحتوي علي كميات مختلفه من sodium,botasium,calcium.other barium وغالبا بيكون جزء كبير منها من Metanorpus rocks الصخور المتحوله .. اهم معلومه انها بتعطي معلومات عن المنشا الجيولجي لل Parent material مادة الاصل اللي اتكونت منها التربه وتعطي معلومات عن عمليات تكوين التربه وبنجد ان الفلسبارات تعتبر مخزن للصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم وعديد من العناصر الدقيقه زي النحاس والرابيديوم والسيزيوم والرصاص ..ومن ناحيه التركيب البنائي بتنتمي الي السليكات الاطاريه (عبارة عن تجمعات تتراهدريه في ثلاث ابعاد )
امثله علي الفلسبارات ...Orthoclase,Plagioclase
بالنسبه لمعادن Micas الميكا
وهي تتبع مجموعه phyllosilicates السليكا الصفائحيه يوجد منها نوعين
Muscovite,Philogobite
بالنسبه لمعادن Pyroxenes and Amphiboles
البيركسين بيتكون من سلاسل فرديه من Silica Tetra Hedron اما الامفيولات بتتكون من سلسله مذدوجه .. بترتبط السلاسل الفرديه والسلاسل المذدوجه للبيروكسين والامفيبولات بواسطه عديد من الكاتيونات ..
بالنسبه للاوليفينات Olivines
هي بتتكون من تتراهيدرات فرديه مستقله غير مشتركه Nesosilicates
في معادن اخري غير سليكاتيه منها معادن الكربونات مثل Calcite,Dolomite,Magnesite,Siderite
ايضا معادن phosphates مثل Apatite
ايضا الاكاسيد والهيدروكسيدات مثل Iron oxidase Himotite,Limonite,Magnetite
بالنسبه للتركيب المعدني للجزء الغروي (الطين) من الارض
كما ذكرنا سابقا بان الجزء الغروي اقطار حبيباته اقل من 2 ميكرون او 0.002 ملليمتر ..يتكون من معادن ثانويه Secondary Minerals ناتجه من Chemical Reactions ل Weathring Processes وهذة المعادن لاتوجد في الصخور الاصليه التي تكونت منها الاراضي ..
Clay Minerals معادن الطين
بيعرف ان معدن الطين هو مادة غير عضويه متبلورة Crystalline Non Orgainc
تتكون اساسا من حبيبات متبلورة صغيرة جدا من واحد او اكثر من مجموعه او اكثر من المعادن وتعرف بمعادن الطين فهي عبارة عن Alimono silicate hydrate
سليكات الومنيوم مائيه يحل في بعضها المغنيسوم والحديد محل كل او جزء من الالومنيوم ومع وجود القواعد الارضيه كمكونات اساسيه في بعضهم .. وطبقا لهذا المفهوم فان معادين الطين المتبلورة هي المكون الاساسي لكل انواع الطين تقريبا وعلي هذا فانها تصبح الجزء المسؤل عن تحديد خواص الطين ..
معادن الطين بتختلف عن المعادن الاخري لاتتحد فقد خواصها المختلفه بتركيبها الكيميائي فقط ولكن تتحد بطريقه ترتيب الذرات داخل البناء الذري لبللوراتها .. ومعادن طين تحدث فيها ظاهرة معروفه باسم Poly morphism تعدد الاشكال لنفس التركيب الكيميائي وكذلك ظاهرة Iso Morphism لتراكيب كميائيه مختلفه وغيرها ولذلك حتي نتفهم العلاقه بين التركيب الكيميائي من ناحيه والخواص المختلفه لمعادن الطين من ناحيه اخري لابد من دراسه قواعد التركيب الذري للمعادن ...

Structure Of Clay Minerals
التركيب البنائي لمعادن الطين .. تتبع معادن الطين مجموعه Phyllosilicates وقد تم ذكرها سابقا ..بيتميز تركيب معادن الطين المختلفه والميكا بانه بتكون من Sheets طبقات فوق بعضها وتتكون هذة الطبقات من وحدات اساسيه بسيطه هي وحدة تترا هيدرا ووحدة الاوكتاهيدرا ....

1 - طبقه التتراهيدرا
نجد انها تتكون من وحدات سليكا تتراهيدرا متصله ببعضها خلال ثلاث ذرات اكسجين في اتجاهين وتتميز هذة الطبقه بترتيب التتراهيدرات في شكل حلقات سداسيه بينها فراغات سداسيه ..
2 - طبقه الاوكتاهيدرا
تتكون من وحدات اوكتاهيدرا في اتجاهين وهناك نوعين من طبقات الاوكتاهيدرا حسب نوع الكاتيون الذي يشغلها ثلاثي ام ثنائي ..
1- طبقه اوكتاهيدرا الومنيا او Gibbsite
في هذة الطبقه يكون الايون المركزي عبارة عن ايون الومنيوم ثلاثي التكافؤ وبالتالي يحتاج البناء الي ايونين الونيوم فقط Al 2 OH وتسمي هذة الطبقه ثنائيه الاوكتا هيدرا Dioctahedral اي ان هناك ايونين فقط من الالومنيوم في كل ثلاث مواقع اوكتاهيدراليه بايونات الالومنيوم الثلاثيه والثلث الاخر خاليا..
2- طبقه اوكتاهيدرا المغنيسيوم
وتسمي Brucite وفيها يشغل المغنسيوم الثنائي التكافؤ فراغات الاوكتاهيدرا كلها اي ان يكون هناك ايونات مغنيسيوم في كل ثلاثه مواقع اوكتاهيدريه وتسمي هذة الطبقه الثلاثيه الاوكتاهيدرا Trioctahedral اي ان جميع المواقع الاوكتاهيدريه تكون مشغوله بايونات الماغنيسيوم الثنائيه .. وقد يوجد الحديد الثنائي او الثلاثي او المنجنيز في هذة المواقع الاوكتاهيدريه ولكن الطبقات الاساسيه التي ستكون منها المعادن المختلفه للطين طبقه السليكا وطبقه الجبسيت او طبقه البروسيت وتنتج المعادن الاخري بالاحلال المتماثل في هذة الطبقات ومن هذة الطبقات الثلاثه نستطيع ان نكون معادن الطين المختلفه ويكون المعدن ثنائي الاوكتاهيدراDioctahedral اذا احتوي علي طبقه جبسيت تشغلها ايونات ثلاثيه التكافؤ ويكون المعدن ثلاثي الاوكتاهيدرا Trioctahedral اذا احتوي في تركيبه علي طبقه بروسيت تشغلها ايونات ثنائيه التكافؤ...
كذلك فانه اذا تكون المعدن من طبقه سليكا واحدة وطبقه اوكتا هيدرا واحدة سمي المعدن 1:1 واذا تكون من طبقتين من السليكا بينهما طبقه واحدة من الاوكتاهدرا سمي معدن 2:1 واذا تكون المعدن من طبقتين من السليكا بينهما طبقه من الاوكتاهيدرا وفوقهما طبقه اخري من الاوكتاهيدرا سمي معدن 2:2
معادن الطين ذات الطبقتين 1:1
كل ماسبق هو عبارة عن ملخص بسيط جدا عن التركيب المينرولجي والكيميائي للتربه ..يهمنا اكثر هو الحديث عن معادن الطين والتي تضم كل من معادن الطين ذات الطبقتين 1:1 مثل معدن طين kaolinite بيكون معدن Dioctahedral .. المعدن له صفات او مميزات وهي كالتالي
1 - هذة المعادن لاتتمدد في الماء والسبب في ذلك وجود روابط ايدروجينيه بين الوحدات ..
2 - لايوجد Isomorpus substitution احلال متماثل في هذة المعادن ومعلومه خاصه يمكن حدوث الاحلال عن طريق Broken bonds
3 - Cation Excahnge Capacity السعه التبادليه منخفضه جدا وتترواح بين 3 :15 ملليمكافيء / 100gm]

النوع الاخر : المعادن ذات الثلاث طبقات
1 - معادن الميكا Mica Minerals
منها نوعين Dioctahedral,Trioctahedral
Muscovite,Biotite
مميزات هذا المعدن ..
1 - غير متمدد Non Expansion في وجود الماء..
2 - وجود البوتاسيوم او الصوديوم بين الطبقات ليعوض النقص في الشحنات الموجبه في طبقه التتراهيدرا نتيجه الاحلال المتماثل .
2 - الشحنه الكليه عاليه لهذا المعدن .
3 - السعه التبادليه CEC منخفضه جدا 30 - 50 ملليمكافيئ / 100 gm لوجود K بين الطبقات وعدم تعرض الاسطح الداخليه وبالتالي يكون السطح النوعي منخفض ..
4 - الاحلال المتماثل يكون في طبقه السليكا تترا هيدرا ..

2 - Illite Or Soil Mica
او يطلق عليها Hydromica
اعتقد جاكسون ان الايلليت عبارة عن ميكات مختلطه بطبقات معادن متمددة وان هذة الطبقات المتمددة نتجت نتيجه فقد لبعض البوتاسيوم من بعض طبقات المعدن ..وبذلك راي جاكسون ان معادن الطين تنشا من الميكا علي الترتيب التالي .. ( معلومه خاص للمهتمين بدراسه معادن طين )
الميكا (معدن غير متمدد ) تحول الي الالليت ثم تحول الي الفيرميكيليت ثم تحول الي المونتموريللونيت (معدن متمدد)
حيث بيتجه التفاعل جبهه اليمين اذا انخفض نسبه البوتاسيوم اللي موجودة في Quater SOlution ممايؤدي الي زيادة خروج البوتاسيوم من الميكا وتحولها الي معادن متمددة والعكس صحيح ..
ملحوظه
الميكا والالليت والفيرميكيليت معادن غير متمددة لان هنا الاحلال بيحدث علي السطح الخارجي في Silica Octa Hedralاما معدن Montmorillonite فدة بيكون Expansion( هنتكلم بعض المعلومات عنه )
هذا من المعادن الهامه جدا في الدراسه كما ذكرنا ان المعدن Expanding لانخفاض الشحنه السالبه الكليه .. ترجع اهميه هذا المعدن بالنسبه للتربه علي انه يتميز بسعه تبادليه كاتيونيه عاليه بالاضافه علي قدرته العاليه علي التمدد والانتفاخ Swelling بكميات كبيرة في الماء وبالتالي بيكون له تاثير علي الصفات الطبيعيه للتربه ..
CEC 80ملليمكافيء /100 Gm Soil ...
Montmorillonite معدن Dioctahedral وذكرنا ذلك بان الالومنيوم الثلاثي والحديد الثلاثي في طبقه Octa Hedrl ولايوجد احلال في طبقه Si tetrahedral
.. اذن استنتج ان مصدر الشحنه السالبه ( Octa hedral) للتوضيح اكثر انه يحدث الحديد والمغنيسوم يحل محل جزء من Al في طبقه Octahedral .. اذن مصدر الشحنه هو Isomorpus substitution الاحلال المتماثل
لو تحدثنا في حاله kaolinite الذي يحدث ان بيكون ايونات الهيدروكسيل في sheet الالومينا مقابل Opposite لايونات الاكسجين في sheet السليكا تتراهيدرا لذلك فهو غير متمدد .. اما اذا تحدثنا عن Montmorillonite ايونات الهيدروكسل داخل المعدن غير مواجهه لايونات الاكسجين في طبقه السليكا لذلك فالمعدن قابل للتمدد ..
في معادن 2:2 مثل Chlorite

Genral introduction
ION EXCHANGE
التبادل الايوني هو احلال ايون محل ايون اخر علي معقد التبادل الطين والدبال ومماثل له في نوع الشحنه

شروط التبادل الايوني

1-ان يكون ايون الاحلال الاستبدال مماثل للايون المستبدل يقصد الايون المتبادل الممسوك علي معقد التبادل الطين في نوع الشحنه واكبر في التكافؤ

2- اكبر تركيزا من الايون المستبدل

3- اكبر نشاطا

السعه التبادليه الكاتيوينه Cation EXchangeCapasity

تعبر عن مجموع الشحنات التربه السالبه وهي السائدة عن الموجبه بالتربه التي ترتبط كهربائيا بالكاتيونات القابله للاستبدال معبرا عنها بالملي مكافيء /100جرام تربه وهي تعادل التعبير الحديث CENTIMOLES OF POSSTIVE CHARGE PER KILOGRAM OF SOIL

السعه التبادليه الانيونيه AnioneEXchange Capacity

تعبر عن مجموع شحنات التربه الموجبه وهي غير سائدة بالتربه التي ترتبط كهربيا بالانيونات القابله للاستبدال معبرا عنها بالملي مكافيء /100جرام تربه

من فوائد تقدير CEC معمليا

انها تعطي فكرة جيدة عن قدرة التربه علي مسك الكاتيونات المضافه في صورة اسمدة او مصلحات مثل البوتاسيوم والماغنيسيوم والكالسيوم والصوديوم اي انها مقياس للسعه التخزينيه للتربه لحفظ العناصر الغذائيه soil Storage Capacity For Avilable Positively Charged Plant Nutrients انها تستخدم كمعيارللموقع التربه الذي يمكن استخدامه للتخلص من او اضافه المخلفات العضويه او الصناعيه للمحاصيل الزراعيه Agriculture Crops

CEC تعتبر دليل جيد علي خصوبه التربه Soil fertility لانها تعطي فكرة عن قابليه التربه للامداد ببعض العناصر الغذائيه مثل Ca,Mg,K

CEC تقيس قابليه التربه علي مسك الكاتيونات بالتجاذب الكهربي اي تقيس كميه الشحنه الموجودة علي معقد التبادل اقصد الطين والدبال التي يطلق عليها غرويات Colloids وبالتالي تقيس كميه العناصصر الغذائيه الموجبه الشحنه التي يمكن ان تحتفظ بها

الكاتيونات التي تمسك علي معقد التبادل يطلق علي الكاتيونات المتبادله والسائد منها K,Mg,Ca,Na وفي الاراضي المائله للحموضه Al بالاضافه الي H بدرجات متفاوته طبقا لدرجه الحموضه

معقد التبادل اي غرويات التربه وخصوصا الطين تتكون من اسطح رقيقه ولهذا تكون ذات سطح نوعي كبير الذي يعمل كمخزن للعناصر الغذائيه لجذور النبات

عندما تاخذ الجذور الكاتيونات المتبادله يتم تعويضها من الكاتيونات الذائبه في المحلول الارضي حيث يوجد اتزان بين الكاتيونات الذائبه والمتبادله وعندما يزداد تركيز كاتيونات معينه في ماء التربه محلول التربه فانها تطرد الكاتيوينات المتبادله لتحل محلها حيث من شروط الاحلال ان تكون الكاتيونات الاستبدال اي الاحلال او التبادل لتحل محلها حيث من شروط الاحلال ان تكون كاتيونات الاستبدال الاحلال او التبادل اكثر تركيزا او نشاطا من الكاتيونات المتبادله

من فوائد تقدير الكاتيونات المتبادله انها تعطي فكرة جيدة عن خصوبه التربه من حيث عناصر Ca,Mg,K كما انها تعطي فكرة عن حال التربه عند حساب % لكل منها وكذلك Na بالنسبه لمجموع الكاتيونات المتبادله او بالنسبه ل CEC حيث اذا زادت % Na المتبادل ESPعن 15% تعتبر الارض قلويه ذات صفات طبيعيه سيئه اي صعوبه نفاذيه الهواء والماء خلالها وسوء الصرف وصعوبه جفافها والعكس بسيادة Ca تتحسن صفات التربه حيث يجمع الحبيبات وال K يزيد من خصوبه التربه ويعطي النبات احتيجاته من العنصر

تقدر السعه التبادليه باستخدام جواهر كشافه بطرق مختلفه ويمكن الحصول عليها حسابيا من تقديرات اخري فمثلا في الاراضي المائله للحموضه يمكن ان تحسب السعه التبادليه الكاتيونيه CECمن مجموع الكاتيونات المتبادله Ca,Mg,K والحموضه المتبادله H بعكس الاراضي القلويه PH > 7 فهي تعادل بالتقريب مجموع الكاتيونات المتبادله فقط وتقدر الكاتيونات المتبادله من قيم كاتيونات Ca,Mg,K المستخلصه من التربه والحموضه المتبادله من Buffer PH acidity او يتم استخلاص الكاتيونات المتبادله بخلات امونيوم عند PH معين عادة 7 والحموضه المتبادله يتم الحصول علي قيمتها بمعايرة عينه منفصله

الاحلال المتماثل
يقصد به احلال ايون محل ايون اخر دون ان يحدث هدم للبلورة Crystal ويجب ان يكون حجم الايون الذي يقوم بالاحلال مقارب او مساوي لحجم الايون الاصلي (المستبدل)والاختلاف في الحجم في العادة يتراوح بين صفر الي 25% ويتوقف ذلك عادة علي درجه الحرارة والضغط والظروف الذي يحدث تحتها التبلور كما يجب ان يبقي التوازن الكهربي في البلورة محافظا عليها وكمثال للاحلال المتماثل في المعادن احلال الماغنيسيوم عليه شحنتين موجبتين محل الحديد عليه شحنتين موجبتين في وحدة الاوكتا هيدرا Octahedron
وهناك حالات يحل فيها ايون اقل في التكافؤ من الايون الاصلي وفي هذة الحاله لابد ان تدخل ايونات اخري في الفراغات التي قد توجد في البلورة
مثال ذلك
الالومنيوم عليه 3 شحنات موجبه وصوديوم عليه شحنه واحدة يحل محل 2 الومنيوم تحمل 3 شحنات
ايضا 2 الومنيوم عليه 3 شحنات وكالسيوم عليه شحنتين يحل محل 2 ذرتين سيلكون عليه 4 شحنات موجبه
ويمكن ايضا ان يحل ايون اكبر في التكافؤ من الايون الاصلي وفي هذة الحاله يحدث توازن داخلي في التركيب مثل التوازن بين ايونات الاكسجين والهيدروكسيل داخل معادن الطين

Isomorphus Substitution And CEC For Explain

الاحلال المتماثل يعتقد بانه المصدر الرئيسي للشحنات السالبه علي معادن الطين من نوع 2:1 والتي يحل فيها ايونات الالومنيوم محل ايونات السليكون في طبقات التتراهيدرا Tetrahedral
كما يمكن حدوث الاستبدال بين جزء من الالومنيوم في طبقه الاوكتاهيدرا مع المغنيسيوم دون تاثير علي التركيب البلوري للمعدن واستبدال ايونات بايونات اقل منها في عدد الشحنات (التكافؤ) يؤدي الي بقاء شحنات سالبه غير متعادله بشحنات موجبه علي سطوح وحواف معادن الطين وهذة الشحنات هي التي تقوم بجذب الكاتيونات من محلول التربه
انحلال الهيدروجين في مجاميع الهيدروكسيل (OH) الموجودة علي سطوح وحواف البلورات لمعادن الطين يؤدي الي توليد شحنات سالبه تابعه للاكسجين قادرة علي جذب الشحنات الموجبه (الكاتيونات) الموجودة في محلول التربه الي سطوح معادن الطين ويعتبر هذا المصدر مؤثرا في حاله ارتفاع درجه تفاعل التربه PH
مصادر الشحنات السالبه علي سطوح المادة العضويه تعود الي انحلال الهيدروجين من مجاميع الكربوكسيل ومجاميع الفينول ومجاميع الامينات ومن ذلك تظهر الشحنات السالبه علي سطوح المادة العضويه وهذا يعمل علي جذب الشحنات الموجبه (الكاتيونات) الي هذة السطوح لحدوث التعادل الكهربي او التزان الكهربي
اما السعه التبادليه الكاتيونيه فهي مقدرة التربه علي ادمصاص وتبادل الكاتيونات والتي تقدر بالمليمكافيء /100جرام تربه جافه تماما ويمكن تعريفها علي انها مقياس لكل الشحنات السالبه للتربه مقدرة بالمكافيء او باللملي مكافيء /100جرام تربه
من ضمن العوامل التي تؤثر علي شدة ارتباط الكاتيونات بشحنات الغروي السالبه
هي نوعيه الطين بمعني معدن المونتموريللونيت سعه تبادليه كبيرة تؤدي الي زيادة ادمصاص كاتيونات الكالسيوم والماغنيسيوم والي قله ادمصاص البوتاسيوم مقارنه بمعادن طين اخري مثل الكا ولينيت.

لك التحيه الاخ زرياب
مرورك اسعدني
دمت بخير

شكرا لك واسعدني مرورك جدا
دمت بخير