Hydroxyl Orientations and Interlayer Bonding in Amesite

Abstract

The hydroxyl orientations in the 2H₂ polytype of amesite, Mg₂Al(SiAl)O₅(OH)₄, have been determined by minimizing the electrostatic potential energy as a function of OH orientation. The angles, ρ, between the hydroxyls and (001) vary between 81.5 and 88.8°. All surface hydroxyls form hydrogen bonds with oxygens of the adjacent layer. The OHs tend to tilt away from the higher charged A1^VI ions, and the spread in ρ values is due to variations in the positions of the receptor oxygens. The inner hydroxyls noticeably weaken the interlayer bonding. The substitution of Al in both T and M sites creates a dipolar layer charge and the resulting attraction between layers forms an important part of the interlayer bonding. The 2H₂ polytype of amesite has substantial interlayer bonding even with all surface hydroxyls replaced by fluorine. This is not true for a composition of Mg₃Si₂O₅(OH)₄ where a similar F for OH substitution destroys all interlayer bonding as in kaolinite.

Резюме

Определялись ориентации гидроксила в2Н2 политипном аиезите, Мg₂Аl(SiАl)O₅(ОН)₄, с помощью минимизации электростатической потенциальной энергии как функции ориентации ОН. Углы, ρ, между гидроксилами и (001) изменяются в пределах 81,5 и 88,8°. Все поверхностные гидроксилы формируют водородные связи с кислородами примыкающего слоя. ОН имеет тенденцию отклоняться от выше заряженных ионов АlIVи разброс величин р происходит в результате изменений в расположении рецепторных кислородов. Внутренние гидроксилы заметно ослабляют межслойные связи. Замещение А1 в местах Т и М создает биполярный слойный заряд и образующееся в результате этого притяжение слоев включает существенную часть межслойных связей. 2Н2 политипный амезит имеет значительные межслойные связи даже со всеми поверхностными гидроксилами, замещенными флюоритом. Другая картина наблюдается для состава Мg₃Si₂OОН)₄, где подобная замена ОН на Р уничтожает все межслойные связи как в каолините. [N R]

Resümee

Die Hydroxyl-Orientierungen des 2H₂-Polytyp von Amesit, Mg₂Al(SiAl)O₅(OH)₄, wurden durch Minimierung der elektrostatischen Potentialenergie als einer Funktion der OH-Orientierung bestimmt. Die Winkel, ρ, zwischen den Hydroxylen und (001) variieren zwischen 81,5° und 88,8°. Alle Ob-erflächen-Hydroxyle bilden mit der benachbarten Silikatschicht Wasserstoffbrücken. Die OHs tendieren dazu, sich von den höher geladenen Al^VI-Ionen wegzuneigen und die Streuung der p-Werte beruht auf den Unterschieden in der Lage der Rezeptorsauerstoffe. Die inneren Hydroxyle schwächen deutlich die Zwischenschichtbindung. Die Substitution von Al auf den T- und M-Plätzen verursacht eine dipolare Schichtladung. Die daraus resultierende Anziehung zwischen den Lagen bildet einen wichtigen Beitrag zur Zwischenschichtbindung. Der 2H₂-Polytyp von Amesit hat eine beträchtliche Zwischenschichtbindung selbst dann, wenn alle Oberflächenhydroxyle durch Fluor ersetzt sind. Das gilt nicht für eine Zusammensetzung von Mg₃Si₂O₅(OH)₄, wo eine ähnliche Substitution von OH durch F jegliche Zwischenschichtbindung zerstört, genauso wie es bei Kaolinit der Fall ist. [U.W.]

Résumé

Les orientations hydroxyles du polytype 2H₂ d'amésite, Mg₂Al(SiAl)O₅(OH)₄, ont été déterminées en minimisant l’énergie potentielle électrostatique en fonction de l'orientation d'OH. Les angles ρ compris entre les hydroxyles et (001) varient entre 81,5° et 88,8°. Tous les hydroxyles de surface forment des liens d'hydrogène avec les oxygènes de la couche adjacente. Les OH tendent à pencher à l’écart des ions A1^VI plus fortement chargés, et l’étendue des valeurs de ρ est due aux variations dans les positions des oxygènes récepteurs. Les hydroxyles intérieurs affaiblissent remarquablement les liens intercouches. La substitution d'Al dans les sites M et T crée une charge de couche dipolaire et l'attraction résultante entre les couches forme une partie importante des liens intercouche. Le polytype 2H₂ d'amésite à des liens intercouches substantiels, même avec tous les hydroxyles de surface remplacés par la fluorine, Ceci n'est pas vrai pour une composition de Mg₃Si₂O₅(OH)₄ où une substitution semblable de F à OH détruit tous les liens intercouches comme dans la kaolinite. [DJ.]