Interlayer Water and Swelling Properties of Natural and Homoionic Corrensite

Abstract

A corrensite-like mineral, from near Borgotaro, Parma (Taro Valley, Italy), was studied by X-ray powder diffraction (XRD) and thermal analysis at different temperatures and water vapor pressures in the natural state and after exchange with ten different cations. In the natural state the mineral is characterized by a basal reflection at ∼29 Å shifting to ∼24 Å on heating and to ∼32 Å by glycerol treatment. The dehydration features of the homoionic minerals show that the stability of the complex of water, compensating cation, and silicate framework depends on the electrostatic energy of the water dipole in the cation field, similarly to smectite.

XRD of the exchanged mineral shows a basal reflection of ∼58 Å particularly in the NH₄-, Rb-, and Ba-exchanged states. This value suggests a structure characterized by a regular sequence of silicate layers with different layer charge, that generally results in a c periodicity of ∼29 Å, but which shifts to ∼58 Å, and perhaps higher values, because of small differences in the compensating cation layers.

Резюме

Коррензито-подобный минерал из окрестности Борготаро, Парма (долина Таро, Италия) исследовался при помощи рентгеновской порошковой дифракции (РПД) и термального анализа при различных температурах и давлениях водяного пара в натуральном состоянии и после обмена с десятью разными катионами. В натуральном состоянии минерал характеризуется основным отра-жением при ∼29 Å, перемещающимся к ∼24 Å при нагревании и к ∼32 Å при обработке глицерином. Особенности дегидратации гомоионных минералов показывают, что стабильность комплекса воды, компенсационного катиона, и силикатной решетки зависит от электростатической энергии диполя воды в катионном поле, как и в случае смектита.

РПД обмененного минерала показывает, что основное отражение появляется при ∼58 Å, в частности в условиях обмена с NН₄, Rb, и Ва. На основании этой величины можно предположить структуру, характеризующуюся регулярной последовательностью силикатных слоев с различными зарядами слоев, что в результате дает величину с периодичности ∼ 29 Å, но которая перемещается к — 58 Å и к возможно более высоким величинам вследствие малых разниц в слоях компенсационных катионов. [Е.G.]

Resümee

Ein Corrensit-ähnliches Mineral, aus der Nähe von Borgotaro, Parma (Tarotal, Italien) wurde mittels Röntgenpulverdiffraktometrie (XRD) und Thermoanalyse bei verschiedenen Temperaturen und Wasserdampfdrucken in natürlichem Zustand und nach Austausch mit 10 verschiedenen Kationen untersucht. Im natürlichen Zustand ist das Mineral durch einen Basisreflex bei etwa 29 Å charakterisiert, der sich durch Erhitzen nach etwa 24 Å verschiebt und durch Glycerin-Behandlung nach etwa 32 Å. Die Dehydratationseigenschaften der monoionischen Minerale zeigen, daß die Stabilität der Wasserkomplexe, der Gegenkationen, und des Silikatgerüstes von der elektrostatischen Energie des Wasserdipols im Kationenfeld abhängt, ähnlich wie bei Smektit.

XRD-Daten des ausgetauschten Minerals zeigten einen Basisreflex bei etwa 58 Å vor allem nach Austausch mit NH₄⁺, Rb⁺, und Ba²⁺. Dieser Wert deutet auf eine Struktur hin, die durch eine regelmäßige Abfolge von Silikatschichten mit unterschiedlichen Schichtladungen charakterisiert ist, die im allgemeinen zu einer c-Periodizität von etwa 29 Å führt, die aber aufgrund kleiner Unterschiede in den ladungsausgleichenden Kationenschichten nach etwa 58 Å oder vielleicht höheren Werten verschoben wird. [U.W.]

Résumé

Un minéral semblable à la corrensite, de près de Borgotaro, Parma (Vallée du Taro, Italie) a été etudié par la diffraction des rayons-X (XRD) et par analyse thermale à de différentes températures et pressions de vapeur d'eau à l’état naturel et après échange avec dix cations différents. A l’état naturel le minéral est caractérisé par une réflection basale de ∼29 Å se déplacant vers ∼24 Å lors de l’échauffement et vers ∼32 Å après un traitement au glycérol. Les caractéristiques de déshydratation des minéraux homoioniques montrent que la stabilité du complexe eau, cation compensateur, et charpente de silice dépend de l’énergie électrostatique du dipole d'eau dans le champ de cations de maniére semblable à la smectite.

XRD du minéral échangé montre une réflection de base à ∼58 Å, particulièrement dans les états d’échange avec NH₄, Rb, et Ba. Cette valeur suggère une structure caractérisée par une séquence régulière de couches de silice avec une charge de couche différente, ce qui résulte généralement en une périodicitée c de ∼29 Å, mais qui se déplace vers ∼58 Å, et peut être vers des valeurs plus élevées, à cause de petites différences dans les couches de cations compensatrices. [D.J.]