Phyllosilicate
Définition
Un phyllosilicate (silicate en feuillet) est un minéral qui entre dans la composition des micas, chlorite, serpentine, talc et des minéraux argileux. La structure de base des phyllosilicates est basée sur des anneaux interconnectés à six membres de tétraèdres SiO4-4 qui s'étendent vers l'extérieur en feuilles infinies.
Les phyllosilicates sont une classe de silicates avec une structure stratifiée caractéristique formée de feuilles de coordination différente, définies comme des feuilles tétraédriques (T) et octaédriques (O).
La structure de phyllosilicate :
Dans un minéral phyllosilicate avec ions clathrates stabilisés, la structure en silicate dopé aux ions métalliques présente des géométries platoniques.
Explications
La compréhension des phyllosilicates est capitale en raison de l'importance particulière des minéraux argileux comme l'un des principaux produits de l'altération chimique et l'un des constituants les plus abondants des roches sédimentaires.
Les phyllosilicates sont la classe la plus courante de minéraux du sol. Aussi connus sous le nom de silicates en couches, ces minéraux sont constitués d'Al en coordination octaédrique avec O(H) qui sont liés à une (1 :1) ou deux (2 :1) feuilles de Si en coordination tétraédrique avec O.
La sensibilité de l'absorbance IR à ces types de liaisons, leur coordination et d'autres caractéristiques de la structure minérale (substitution isomorphe, cations intercouches et cristallinité) permettent d'identifier la classe structurale des phyllosilicates (silicates en couches 1 : 1 contre 2 : 1) et les types de minéraux spécifiques au sein de chaque structure classe (kaolinite vs. nacrite), ainsi que des détails structuraux (di- vs. trioctaédriques) et des informations sur la composition (cations intercouches).
L'identification et la caractérisation structurelle des phyllosilicates sont basées sur les absorbances des unités structurelles minérales, notamment les cations hydroxyle, silicate et intercouche et octaédrique.
Les minéraux argileux contenant de l'aluminium, classés comme phyllosilicates dioctaédriques, comprennent un grand groupe de minéraux, y compris les minéraux du groupe du kaolin, les smectites d'Al et les micas blancs qui peuvent exister avec différents types de gisements de minerai de fer.
Propriétés
Les phyllosilicates sont des minéraux abondants sur Terre et sur d'autres planètes. Ils ont un espace intercalaire nanométrique accessible aux molécules d'eau et autres composés. Cet espace intercalaire représente environ 90 % de la surface minérale totale donnant une grande capacité d'adsorption.
Ces propriétés rendent les phyllosilicates adaptés aux applications environnementales, telles que la rétention de résidus organiques dans les sols, ou leur utilisation comme nanosupports pour la libération contrôlée de médicaments pharmaceutiques. Cependant, il est difficile de connaître la structure moléculaire de ces nanocomposites organo-silicatés.
Dans plusieurs cas, les investigations expérimentales sont difficiles à interpréter, montrant parfois des divergences. Ensuite, les méthodes de chimie théorique et les simulations de modélisation moléculaire sont des outils utiles pour améliorer la compréhension de ces comportements expérimentaux.
De plus, les interactions intermoléculaires sont importantes pour l'adsorption de surface.
Quelques exemples de molécules organiques d'intérêt pharmaceutique confinées dans des phyllosilicates stratifiés, fibreux et tubulaires seront présentés, ainsi que des résultats de calculs expérimentaux et théoriques de plusieurs tensioactifs et médicaments pharmaceutiques en utilisant des champs de force basés sur des potentiels interatomiques empiriques et des méthodes de mécanique quantique basées sur la densité calculs au niveau de la théorie fonctionnelle (DFT) ainsi que des simulations de dynamique moléculaire.
Structure
La plupart des phyllosilicates contiennent un ion hydroxyle, OH-, avec l'OH situé au centre des anneaux à 6 chaînons, comme illustré ici. Ainsi, le groupe devient Si2O5(OH)-3. Lorsque d'autres cations sont liés aux feuillets de SiO4, ils partagent les oxygènes apicaux et les ions (OH) qui se lient aux autres cations en coordination octaédrique.
Cela forme une couche de cations, généralement Fe+2, Mg+2 ou Al+3, qui interviennent en coordination octaédrique avec les ions O et OH de la couche tétraédrique. Les triangles deviennent les faces des groupes octaédriques qui peuvent se lier aux couches tétraédriques.
On peut construire les structures des différents phyllosilicates (silicates feuilletés) en partant des couches octaédriques similaires aux structures de la brucite ou de la gibbsite.
Les phyllosilicates trioctaédriques sont basés sur la structure où les couches octaédriques sont similaires à la brucite, où Mg+2 occupe la position cationique.
Les phyllosilicates dioctaédriques sont basés sur la structure où les couches octaédriques sont similaires à la gibbsite, où Al+3 occupe la position cationique.
Les feuillets octaédriques dans les deux cas sont maintenus ensemble par de faibles liaisons de van der Waals.
Si 2 autres des ions OH dans la couche octaédrique sont remplacés par O, et ces O deviennent les oxygènes apicaux pour une autre couche tétraédrique, cela forme le talc phyllosilicate trioctaédrique ou la pyrophyllite dioctaédrique. Cela devient une couche TOT qui peut se lier à d'autres couches TOT par de faibles liaisons de Van der Waals.
Pour les phyllosilicates trioctaédriques, cela devient de la phlogopite (Mg-biotite), et pour les phyllosilicates dioctaédriques, cela devient de la muscovite. Cela crée une couche TOT-TOT qui, à nouveau, peut se lier à une autre couche TOT-TOT par de faibles liaisons de Van der Waals. C'est le long de ces couches de liaison faible qu'intervient le clivage proéminent dans les phyllosilicates.
Dans industrie de traitement des minéraux
L'exposition accrue aux minerais à faible teneur a mis en évidence l'importance de comprendre la minéralogie de la gangue de phyllosilicate. Ces minéraux existent en tant que minéraux de gangue communs et il a été démontré qu'ils présentent des défis lors de l'enrichissement du minerai, avec des problèmes survenant tout au long du circuit de traitement.
Néanmoins, la compréhension de l'industrie des problèmes et des solutions liés à ces minéraux reste faible, avec un résultat probable de l'écart entre le traitement des minéraux et la minéralogie.
La description complète du groupe phyllosilicate permet de classer les minéraux selon les variations de structure. Les problèmes typiques rencontrés avec ces minéraux sont d'obtenir une référence spécifique aux opérations industrielles. Les pratiques actuelles utilisées pour atténuer les effets des minéraux phyllosilicates sont également importantes pour une meilleure compréhension de l'effet des minéraux phyllosilicates sur le traitement des minéraux.
Synonymes, antonymes
1 synonyme (sens proche) de "phyllosilicate" :
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