Necessária para suas Aplicações
III.2. ESMECITAS E SUAS FÓRMULAS IDEAIS DE ESTRUTURA QUÍMICA
Para facilitar o entendimento das diversidades acima mencionadas, são descritas nesta seção alguns exemplos de esmectitas, usando as fórmulas da estrutura química, e não as que representam o conteúdo dos sistemas cristalinos, que, salvo poucas exceções, corresponde a três vezes o valor da “meia-cela”. Estas fórmulas, disponíveis na literatura aberta e aqui proporcionalizadas até a condição de mono-iônicas, constituem as fórmulas ideais das tipificações definidas pela geologia.
III.2.1. ESMECTITAS DIOCTAÉDRICAS III.2.1.1. PIROFILITA
A pirofilita é o mineral do qual derivam esta série de esmectitas dioctaédrica, e não existe nela substituição isomórfica nem há cargas a serem neutralizadas, sendo sua estrutura química a seguinte:
(
)
12 6 30 6
Si Al O HO (III.1)
III.2.1.2. BEIDILITA SÓDICA
Na beidilita sódica a substituição isomórfica aparece nos tetraedros onde o Si é substituído por Al, tendo a seguinte estrutura química:
[
Si Al Al O11]
6 30(
HO)
6Na (III.2)III.2.1.3. NONTRONITA SÓDICA
Na nontronita sódica a substituição isomórfica geradora da carga aparece também nos tetraedros, mas todo o alumínio da pirofilita é substituído por Ferro trivalente, o que não acarreta geração de cargas:
[
Si Al Fe O11]
6 30(
HO)
6Na (III.3)III.2.1.4. VOLCONSCOITA SÓDICA
Na volconscoita sódica a substituição isomórfica aparece também nos tetraedros, como nos casos anteriores, mas os octaedros estão ocupados por metais trivalentes (Fe, Cr e Al) que não originam carga, com a seguinte fórmula química:
[
Si Al Fe Cr Al O11]
x y z 30(
HO)
6Na Onde x,(
+ + =y z 6)
(III.4)III.2.1.5. MONTMORILONITA SÓDICA
Na montmorilonita sódica a substituição isomórfica acontece nos octaedros onde, um Mg ocupa o lugar de um Al, gerando a carga correspondente:
III.2.2. ESMECTITAS TRIOCTAÉDRICAS III.2.2.1. TALCO
O talco é mineral do qual derivam esta série de esmectitas trioctaédricas, não existindo nele substituição isomórfica, e não havendo cargas a serem neutralizadas, sendo sua estrutura química a seguinte:
(
)
12 9 30 6
Si Mg O HO (III.6)
III.2.2.2. SAPONITA SÓDICA
Na saponita sódica a substituição isomórfica acontece nos tetraedros, da mesma forma que nas dioctaédricas beidilita, nontronita e volconscoita, só que as dezoito ligações dos seis átomos de alumínio nas dioctaédricas estarão agora vinculadas a nove átomos de Mg nos seus nove octaedros. Estas cargas, assim como nas dioctaédricas, são ligadas pelo mesmo número de átomos de oxigênio comuns, amarrando tetraedros inferiores, octaedros e tetraedros superiores para constituir as lamelas. Em todas as esmectitas a posição das hidroxilas é nos octaedros (Utracki, 2004). A fórmula que representa esta estrutura química é a seguinte:
[
Si Al Mg O11]
9 30(
HO)
6Na (III.7)III.2.2.3. SAUCONITA SÓDICA
Na sauconita sódica a substituição isomórfica acontece nos tetraedros, da mesma forma que no caso da saponita, mas nos octaedros há substituição de átomos de Mg por Zn, o que não gera carga, de maneira similar ao que acontece na volconscoita dioctaédrica, na qual átomos de Fe e Cr trivalentes substituem átomos de alumínio trivalentes em diversas proporções. A fórmula que representa esta estrutura química é a seguinte:
[
Si Al Mg Zn O11]
x y 30(
HO)
6Na Onde x,(
+ =y 9)
(III.8)III.2.2.4. HECTORITA SÓDICA
Na hectorita sódica a substituição isomórfica acontece nos octaedros, onde o lítio substitui o magnésio, resultando na seguinte configuração:
[
Mg Li Si O8]
12 30(
HO)
6Na (III.9)III.2.2.5. ESTEVENSITA SÓDICA
Na estevensita sódica a substituição isomórfica acontece nos octaedros, da mesma forma que na hectorita, onde 0,69 partes de Mg (1,38 cargas negativas) são substituídas por 0,24 partes de Fe trivalente (0,72 cargas positivas), ou seja uma fração quantitativamente inferior ao déficit de cargas negativas geradas pelo Mg, resultando em uma carga negativa igual a 0,66, que são neutralizadas por 0,66 partes de cátion sódio, o que pode ser expressado pela seguinte fórmula:
(
)
3 8,31 0,24 12 30 6 0,66 Mg Fe+ Si O HO Na (III.10)III.2.3. OUTRAS OBSERVAÇÕES
Além da diversidade mostrada para este reduzido número de exemplos, resultados analíticos mostram complexidades ainda maiores. van Olphen & Fripiat (1979), por exemplo, encontraram para uma bentonita de Wyoming, SWy-1, uma estrutura da cela como a indicada abaixo:
(
)
3 3,01 0,41 0,01 0,54 0,02 7,98 0,02 20 4 0,12 0,32 0,05 Al Fe+ Mn Mg Ti Si Al O HO Ca Na K (III.11)Colocando esta equação na expressão química obtêm-se:
(
)
3 4,515 0,615 0,015 0,81 0,03 11,97 0,03 30 6 0,18 0,48 0,075 Al Fe+ Mn Mg Ti Si Al O HO Ca Na K (III.12)A incerteza envolvida na metodologia analítica empregada é desconhecida, mas observa-se que a soma dos cátions não neutraliza as cargas da estrutura aniônica, que deveria teoricamente ser igual à unidade dado que os quantitativos dos elementos correspondem a 1,5 vezes o valor contidos na cela [Equação (III.11)], como é o caso das fórmulas ideais propostas na literatura. Esta diferença poderia ser consequência da metodologia empregada na quantificação, mas é evidente que existe uma pluralidade nas substituições isomórficas não condizentes com as fórmulas ideais [ver Equação
(III.5)]. Esta bentonita apresenta um predomínio do cátion sódio, que neutraliza 52,46 % das cargas aniônicas desta esmectita, o que significa 38,86% da massa catiônica (Tabela III.1). Mas esta bentonita é policatiônica e, como mencionado anteriormente, com substituições isomórficas tanto nos octaedros como nos tetraedros, o que pode ser interpretado como uma mistura de esmectitas dioctaédricas. Nos octaedros aparece Fe+3 e nos tetraedros Al+3, o que poderia estar significando uma mistura com nontronita, mas na nontronita a proporção de átomos guarda a relação [Al+3 / Fe+3 = 0,1667] e nesta bentonita a relação é [Al+3 / Fe+3 = 0,049], o que mostra um déficit de Al+3 para que todo o Fe+3 corresponda a uma fração nontronítica. Em última instância é possível dizer que esta esmectita apresenta substituições isomórficas diferentes daquelas definidas nas estruturas ideais, como a existência de Mn e Ti nos octaedros, o que não invalida nem esta realidade nem as fórmulas ideais, porque a amostra estudada pelos autores apresenta o comportamento de bentonita. Esta situação é provável de ocorrer na maioria das jazidas de bentonitas, realidade esta que é fartamente comprovada tanto na literatura (Utracki, 2004; Santos, 1975) como nas análises aqui realizadas.
Tabela III.1. Valores percentuais de cada cátion que ocupa as galerias expressos em função das cargas e das respectivas massas
Cátions Fração Átomo Carga % Cargas Massa % Massa G al er ia s Ca+2 0,12 0,24 39,34 9,62 50,81 Na+ 0,32 0,32 52,46 7,36 38,86 K+ 0,05 0,05 8,20 1,95 10,33 100,00 18,93 100,00
Outra importante observação que faz Utracki (2004) é a comprovação de que a composição de uma montmorilonita varia dentro de uma faixa relativamente ampla, não só para diferentes locações geográficas, também para uma mesma jazida. Ross & Hendricks (1945) e Ross (1960) mostram as seguintes variações, encontradas no estudo de um conjunto de 100 amostras:
1. Valores da capa octaédrica: 3 3,0 4,0 0,0 1,4 0,0 1,0
Al − Mg − Fe+ − ;
3. Cátions das galerias: Na0,67 0,80− .
É possível observar que os autores citados também encontram Fe nos octaedros, o que não é próprio de uma montmorilonita. Por outro lado, o Mg chega a ser zero em alguma amostra, conforme o primeiro item acima, o que também não é próprio de uma montmorilonita, e a existência de Al nos tetraedros e de Fe nos octaedros levanta a possibilidade da existência de uma fração de nontronita [ver Equação (III.3)].
Em função das observações anteriores, Santos (1975) conclui: “uma montmorilonita natural policatiônica pode ter uma fórmula estrutural entre extremos dos minerais típicos – por exemplo, pode se classificar um dado argilomineral como membro de série montmorilonita-beidilita ou nontronita-beidilita”; o que nos resulta em uma posição meritória e realista, que tem sido comprovado nas análises diárias que foram feitas neste trabalho.
III.3. ESMECTITAS: PROPRIEDEDES QUE IMPULSIONARAM SUA