FRACTIUNEA MINERALA A SOLULUI

Dupa compozitia lor chimica, mineralele se impart in silicati si aluminosilicati. Silicatul cdel mai raspandit in natura este cuartul (SiO₂).

Silicatii se intalnesc in toate solurile, mai ales sub forma de particule de marimea nisipului sau prafului, constituind intre 50-90% din totalul componentelor acestora.

Aluminosilicatii sunt particule de origine primara sau secundara ce contin si Al pe langa Si si O. Aluminosilicatii cei mai raspanditi fac parte din grupa feldspatiilor, care pot fi de potasiu, cu formula generala K[AlSi₃O₈] si de sodiu sau de calciu purtand numele de plagioclazi, cu formula Na[AlSi₃O₈] (albit) si reapectiv Ca[Al₂Si₂O₈] (anortit). In cantitati mai mici se gasesc mica alba sau muscovita (mica potasica: Kal₂ [(HO, F)₂ (AlSi₃O₁₀)], mica neagra sau biotita (mica fermagneziu): K(Mg, Fe)₃ [(HO, F)₂ (AlSi₃O₁₀)] si flogopita (mica magnezita: K₂Al₂SiMg₆O₂₀(OH)₄ . micele provin din rocile ereruptive sau din cele metamorfice, constituind adesea principala sursa de potasiu utilizabil de catre plante.

Indiferent de provenienta lor, mineralele secundare sunt de o importenta exceptionala pentru nutritia plantelor si utilizarea ingrasamintelor intrucat de ele depind im mare masura insusirile fizico chimice legate de fertilizarea solului. Ele participa la reatii de schimba de cationi si anioni cu solutia solului, la relatiile de retinere si de fixare a acestora.

Studiul structurii mineralelor s-a facut prin metoda difractiei cu raze X. Pe aceasta cale s-a recunoscut ca silicatii si aluminosilicatii sunt alcatuiti din anioni si cationi, la fel ca toate sarurile, anionii avand structuri foarte complicate, de cele mai multe ori macromoleculare.

Silicatii sunt alcatuiti din elemente structurale in constitutia carora intra fie atomi de Si si O, fie atomi de Si,O si H. Deoarece siliciulnu formeaza duble legaturi cu oxigenul, in natura nu pot exista molecule izolate de SiO₂ de forma O = Si = O. In silicat, atomi de siliciu, tetravalenti, se unesc cu patru atomi de O prin legaturi tari covalente, orietntate, formand elemente structurale stabile de SiO₄ , de forme regulate numite tetraedre. Atomul de siliciu dintr-un tetraedru se afla asezat simetric intre patru atomi de oxigen, distanta Si-O fiind de circa 1,6A ( A =10^-10m), iar cea dintre doi atomi de oxigen de 2,6A (Fig. 1.a si Fig. 1.b) . Marimea atomilor de siliciu ( γ=0,39 A) este inferioara celei de oxigen ( γ=1,39 A). Fiecare tetraedru poate fi considerat un anion cu patru sarcini libere (SiO₄^4-), anionul de orto silicat, sarcinile libere putand fi neutralizate cu baze sau prin unirea tetraedrelor intre ele. Unirea tetraedrelor se face prin punerea in comun a atomilor de oxigen din varfurile lor. Astfel, din unirea a doua tetraedre rezulta anionul de pirosilicat, Si₂O₇^6- (vezi Fig. 1.b), compatibil cu ionul de pirofosfat, sau pirosulfat. Daca se unesc mai multe tetraedre sub forma de lant rezulta catrene macromoleculare a caror forma empirica este (SiO₃)_n^2n-, considerata inainte ca aceea a unor metasilicati, cu ion monomer SiO₃^2-(vezi fig.1.c). Daca se unesc mai multe lanturi de tetraedre intre ele, rezulta anioni macro moleculari bidimensionali de forma unei foite cu strat cu structura ciclica, avand forma empirica Si₂O₅^2- (fig. 1.d), la care toate tetraedrele din interior au colturi comune, ramanand libera o singura sarcina neactivade la un oxigen al fiecarui tetraedru. In fine, daca se suprapun doua forte de tetraedre si se unesc intre ele prin valente libere ale atomilor de oxigen rezulta retele macromoleculare tridimensionale care alcatuiesc un pachet la care sarcinile interioara sunt neutralizate in totalitate, sarcini negative libere ramanand numai la exterior.

Fig. 1. Tetraedre de siliciu si octaedre de aluminiu.

Tetraedrele se pot uni intre ele si sub forma de cicluri, cu formula empirica (SiO₃)_n^2n-(Fig. 1.e).

Aluminosilicatii sunt alcatuiti din tetraedre de siliciu si octaedre de aluminiu. Un octaedru de aluminiu rezulta din faptul ca Al³⁺ este inconjurat octaedric de 6 atomi de O sau de grupe OH^- egal distantate, cu formula Al (OH (fig. 1.g) octaedrii alaturati (adiacenti) avind comuni trei atomi de oxigen sau trei grupari hidroxil. Unirea octaedrelor intre ele da nastere la foite de octaedre de aluminiu (fig.1.h). Structura aluminosilicatilor rezulta dintr-o suprapunere succesiva de foite de teraedre de Si peste foite de octaedre de Al, legatura dintre foite facan-du-se prin punerea in comun a unui oxigen de la fiecare tetraedru, care inlocuieste un hidroxil de la octaedru. Oxigenul acesta leaga astfel atomii de Si si cei de Al, facind "punti de legatura' intre cele doua foite. Unirea foitelor de tetraedre cu cele de octaedre da nastere unor pachete care pot fi alcatuite fie din doua foite (una de tetraedre si alta de octaedre), fie din trei foite (o foita de octaedre asezata intre doua foite de tetraedre, (fig. 1. g si l) ; mai multe pachete reunite la un loc formeaza o particula minerala de sol. Elementul structural ce rezulta astfel este neutru la interior deoarece nu ramin sarcini electrice libere care sa poata fi compensate cu baze, asemenea sarcini negative libere (care provin de la oxigen) raminind numai la exteriorul particulei.

Functie de diversele combinatii dintre foitele de tetraedre de Si si cele de octaedre de Al se deosebesc trei grupe de minerale: grupa montmorilonitului, grupa caolinitului si grupa micelor hidratate.

La mineralele din grupa caolinitului reteaua este formata din pachete de cate doua foite, una de tetraedre de Si si alta de octaedre de Al, unite intre ele prin atomi comuni de oxigen (fig. 3.2). Pachetele invecinate sint unite intre ele prin legaturi de hidrogen care impiedica extinderea retelei (marimea distantei dintre pachete) cind particulele vin in contact cu apa. Acest tip de structura apartine mineral ului numit caolinit, fiind o retea de tipul 1:1, deoarece intr-un pachet se gasesc doua foite, una de tetraedre si alta de octaedre. La holoisit, un alt mineral din aceasta grupa, intre doua pachete se afla un strat de molecule de apa prinse cu legaturi de hidrogen atat de foita de octaedre cat si de aceea de tetraedre.

La mineralele de tipul montmorilonitului reteaua este formata din suprapuneri de pachete alcatuite, fiecare din cate trei foite, doua de tetraedre de Si, intre care se afla o foita de octadre de Al. Se spune ca este o retea de tipul 2:1. Distanta dintre doua pachete este mai mare decit la caolinit (9,6-21,4 A), permitind patrunderea unui mare numar de molecule de apa incarcate cu diversi ioni (fig. 3). Aceasta structura confera montmorilonitului proprietatea de a se imbiba cu apa, fiind un aluminosilicat cu retea expandabila, ceea ce inseamna ca in stare uscataspatiul dintre pachete scade la 9,6A, iar cand argila este umeda spatiul creste pana la 21,4A. Din grupa montmorilonitului fac parte mineralele:     montmorilonit, beidelit, nontronit.

Reteaua micelor hidrate este asemanatoare celei montmorilonitului, adica este tot de tipul 2:1 cu deosebirea ca legatura dintre pachete se face prin diverse specii de cationi. Astfel la illit legatura dintre doua pachete se face prin ionii K⁺, ceea face ca spatiul dintre pachete sa fie mai putin expandabil decat la montmorilonit.

Argilele din grupa montmorilonitului sunt formate din fragmente de dimensiuni foarte mici, circa 50% din totalul greutatii lor fiind particule formate din particule coloidale si 30% precoloidale (diametrul intre 0,001-0,25 ) (1 = 10^-6m). Ele au suprafata specifica foarte mare si se imbiba usor cu apa, devenind vascoase si adezive. Argilele caolinitice sunt mai putin disperse ca cele montmorilonitice. Micele hidrate sunt formate mai mult din particule de dimensiunile argilelor, au compozitie foarte putin stabils si se gasesc in toate solurile.