หินแร่ภูเขาไฟ

โครงสร้างและชนิดของแร่ซิลิเกต

แร่ซิลิเกตอยู่ในสภาพของผลึก และอาจแบ่งออกได้เป็น  3  กลุ่มใหญ่ๆ  ขึ้นอยู่กับ

ลักษณะของโครงสร้างของผลึก  ได้แก่

1.     กลุ่ม  kaolinite

2.     กลุ่ม  montmorillonite

3.     กลุ่ม  illite

fiogf49gjkf0d

หน่วยพื้นฐานโครงสร้าง

ก่อนที่จะกล่าวเกี่ยวกับโครงสร้างของผลึกของแร่ซิลิเกตนี้  จำเป็นต้องอธิบายเกี่ยวกับหน่วยพื้น

ฐานของโครงสร้างของผลึกเสียก่อน  ซึ่งมีอยู่  2  ชนิดด้วยกันคือ

หน่วยซิลิกาเตตราฮีดรอน  ( silica  tetrahedron )  ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ประกอบด้วยธาตุซิลิกอน  ( sikicon )  1  อะตอม  ล้อมรอบด้วยธาตุออกซิเจน ( oxygen )  4  อะตอม  อัดตัวกัน

โดยมีอะตอมของ  silicon  อยู่ตรงกลาง  เกิดเป็นผลึกรูปทรงที่มี  4  ด้านคล้ายปิรามิด  หน่วยโครงสร้างนี้จึงมีชื่อเรียกว่า  หน่วยซิลิกาเตตราฮีดรอน  หรือ  silica  tetrahedron  unit  แต่ละหน่วยนี้จะเกาะเชื่อมกันเข้าต่อกันเป็นแผ่น  โดยมีการเกาะหรือ  share  ออกซิเจนร่วมกันระหว่างออกซิเจนที่อยู่ที่ฐานของหน่วย  ทำให้เกิดเป็นแผ่นที่มีลักษณะเหมือนรังผึ้ง  คือจะเป็นแผ่นที่มีลักษณะเป็นวงหรือช่องรูปหกเหลี่ยม  ( hexagonal  hole )  แผ่นนี้มีชื่อเรียกว่า  silica  tetrahedron  sheet  หรือเรียกสั้นๆว่า  ซิลิกาชีส  ( silica sheet )

หน่วยอะลูมินาออกตะฮีดรอน  ( alumina  octahedron )  เป็นโครงสร้างที่ประกอบด้วย  

              อะลูมิเนียม  ( aluminum )  1  อะตอม  ล้อมรอบด้วยออกซิเจน  6  อะตอมอัดตัวกัน  โดยมีอะลูมิเนียมอยู่ตรงกลางเกิดเป็นผลึกมีรูปทรงที่มีแปดด้านขึ้น  จึงเรียกหน่วยโครงสร้างนี้ว่า  อะลูมินาออกตะฮีดรอน  หรือ  alumina  octahedron  unit  แต่ละหน่วยนี้จะเกาะเชื่อมกันเป็นแผ่น  โดยมีการเกาะหรือ  share  ออกซิเจนร่วมกันคล้ายๆกับหน่วยซิลิกาเตตราฮีดรอน  แต่แผ่นที่เกิดขึ้นจะเป็นแผ่นทึบไม่มีช่องว่างรูปหกเหลี่ยม  แผ่นของอะลูมินาออกตะฮีดรอนนี้เรียกว่า  alumina  octahedron  sheet  หรือเรียกสั้นๆว่าอะลูมินาชีส  ( alumina  sheet )

ชนิดของแร่ซิลิเกตที่สำคัญ  (  silicate  clay  ) 

        อนุภาคดินประกอบด้วยแร่ซิลิเกตหลายชนิด  ซึ่งแต่ละชนิดจะประกอบไปด้วยหน่วยโครงสร้างพื้นฐานดังกล่าวแล้ว  ความแตกต่างกันระหว่างแร่ซิลิเกตชนิดต่างๆก็จะขึ้นอยู่กับการเรียงซ้อนกันของแผ่นซิลิกา  (silica sheet )  และแผ่นอะลูมินา  ( alumina  sheet )  กับการเปลี่ยนแปลงแทนที่กันของ  Si  และ Al  ในแผ่นดังกล่าวกับธาตุอื่นๆ  ซึ่งการแทนที่นี้เรียกว่า  isomorphous  substitution  ชนิดของแร่ซิลิเกตที่สำคัญได้แก่

                 กลุ่มเคโอลิไนท์ (Kaolinite) เป็นกลุ่มที่พบอยู่ในดินมากที่สุด จึงจัดได้ว่ามีความสำคัญมากกว่าแร่ดินเหนียวชนิดอื่นๆ แร่ดินเหนียวในกลุ่มนี้ที่สำคัญได้แก่ kaolinite, halloysite นอกจากนี้ยังมีชนิดอื่นๆ อีกแต่มักไม่พบอย่างแพร่หลายอยู่ในดิน ในกลุ่มนี้ kaolinite  จะเป็นแร่ธาตุที่พบมากที่สุด โครงสร้างในกลุ่มนี้เหมือนกันทุกประการคือ มีสูตรทางเคมีดังนี้ Si4Al4O10(OH)8 จะแตกต่างกันที่การเรียงซ้อนกับหน่วยของผลึก (crystal unit) เช่น อาจจะซ้อนกันเป็นแนวตั้งหรือเยื้องไปทางซ้ายหรือเยื้องไปทางข้างหน้า ซึ่งในการเรียงตัวแต่ละแบบนี้จะทำให้มีชื่อเรียกต่างกันออกไป

                โครงสร้างของ  kaolinite จะประกอบด้วยแผ่นซิลิกาหนึ่งแผ่นประกบกับผ่นอะลูมิเนียมอีกหนึ่งแผ่น โดยที่ Si และAl จะร่วมเกาะออกซิเจนตัวเดียวกันในด้านที่ประกบเข้าหากัน ทำให้แผ่นทั้งสองเชื่อมกันแน่น รวมเข้ากันเป็นผลึกของแร่ kaolinite โครงสร้างแบบนี้จึงเรียกได้อีกอย่างว่าเป็นโครงสร้างผลึกประเภท 1:1 ของแผ่นผลึก kaolinite นี้เป็นรูปหกเหลี่ยมมีขอบชัดเจน ซึ่งในธรรมชาติผลึกนี้จะเรียงซ้อนกันเป็นชั้นๆ คล้ายๆ แผ่นแร่ mica ชั้นต่างๆนี้จะยึดกันแน่นไว้ด้วยแรงไฮโดรเจนบอนด์ (hydrogen bond) ดังนั้นช่องว่างระหว่างชั้นนั้นจะมีระยะห่างคงที่ ไม่สามารถขยายให้กว้างขึ้นหรือหดให้แคบลงได้ ช่องว่างระหว่างชั้นนี้อาจเรียกว่า หลืบ ระหว่างแผ่นผลึก(inter layer) ระยะทางที่วัดจากขอบบนของผลึกแผ่นบนจนถึงขอบบนของผลึกแผ่นล่างถัดลงมา ซึ่งรวมทั้งระยะกว้างของหลืบนั้น เรียกว่า basal spacing ซึ่งเป็นคุณสมบัติเฉพาะผลึกของแร่แต่ละชนิด สำหรับแร่ kaolinite นั้นมีค่า basal spacing เท่ากับ 7A0หรือแองสตอม (angstrom)

                ไฮโดรเจนบอนด์ที่ยึดชั้นผลึกของแร่ kaolinite ไว้นั้น เกิดขึ้นระหว่างอะตอม O ของแผ่นซิลิกากับอะตอม H ของแผ่นอะลูมินาไม่มี H มีแต่ O ซึ่งตัวนี้จะถูกแทนที่ OH (ไฮดรอกซิล-hydroxyl) แรงยึดไฮโดรเจนบอนด์นี้ค่อนข้างเหนียวแน่นมาก จึงทำหลืบระหว่างแผ่นผลึกนั้นแคบและขยายออกไม่ได้ และทำให้โมเลกุลของน้ำและ cation ต่างๆ ไม่สามารถแทรกตัวเข้าไปอยู่ในหลืบนั้นได้ จึงเป็นอี้กสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ผลึกของแร่ kaolinite นี้ไม่ขยายหรือหดตัวเมื่อเปียกน้ำและแห้ง ส่วนพื้นที่ผิวภายในหลืบ ( internal surface ) ก็ไม่มีประโยชน์ในการดูดยึดน้ำหรือไอออนอื่นๆ ดังนั้นจึงถือได้ว่า แร่ kaolinite ไม่มี internal surface และมีแต่ external surface เท่านั้น คุณสมบัติทั่วไปของดินที่มีแร่ kaolinite มาก คือเมื่อดินเปียกน้ำจะมีความเหนียวน้อยแต่จะร่วนมาก เนื่องจากผลึกของ kaolinite มีโครงสร้างที่แข็งแรงและมีการตัวกันแน่น อนุภาคของ clay จึงแตกร้าวและหักพังยาก ขนาดอนุภาคของ kaolinite จะโตกว่าแร่ดินเหนียวชนิดอื่นๆ กล่าวคือ ส่วนใหญ่มีขนาดอนุภาคระหว่าง 0.2 ถึง 2 ไมครอน

                กลุ่มมอนมอริโลไนท์ (montmorillonite) แร่ซิลิเกตที่จัดอยู่ในกลุ่มนี้ที่สำคัญได้แก่ montmorillonite, beidellite, nontronite, mica และ saponite ซึ่งแร่ montmorillonite จัดว่าสำคัญที่สุดเพราะพบมากในดินทั่วไป

โครงสร้างของแร่กลุ่มนี้ประกอบด้วยแผ่นซิลิกา 2 แผ่น และแผ่นอะลูมินา 1 แผ่น ซึ่งอยู่ตรงกลางระหว่างแผ่นซิลิกาทั้งสอง  อะตอม Si และ Al ในแผ่นเหล่านั้นต่างก็เกาะยึด (share) อะตอม O ร่วมกัน ประกอบกันเป็นผลึกของแร่ montmorillonite เนื่องจากโครงสร้างของแร่กลุ่มนี้ประกอบด้วยแผ่นซิลิกา 2 แผ่น และแผ่นอะลูมินา 1 แผ่นจึงมักเรียกว่าเป็นโครงสร้างประเภท 2:1 ผลึกของแร่ นี้จะซ้อนกันเป็นชั้นๆ เช่นเดียวกับแร่  kaolinite แต่ต่างกันตรงที่หลืบระหว่างชั้นผลึกอาจขยายกว้างหรือหดแคบลงได้ จึงทำให้แร่นี้มี basal spacing ไม่คงที่แน่นอน ตั้งแต่ 9-21 angstrom  การที่หลืบนี้มีระยะกว้างไม่คงที่ก็เนื่องมาจากไม่มีไฮโดรเจนบอนด์ระหว่างชั้นผลึกที่ซ้อนทับกันอยู่  เพราะทั้งด้านบนและด้านล่างของหลืบนี้  ( คือชั้นนอกสุดของซิลิกา )  ต่างก็มีอะตอม O  ของแผ่นซิลิกา  จึงไม่เกิดไฮโดรเจนบอนด์  แต่จะเกิดแรงยึดเกาะระหว่างอะตอม  O ด้วยกันแทน  ซึ่งเป็นแรงยึดเกาะที่อ่อนมากจึงไม่สามารถยึดหลืบระหว่างชั้นผลึกให้มีระยะคงที่ได้  คุณสมบัติของแร่ซิลิเกตกลุ่มนี้คือ  เมื่อเปียกน้ำจะเหนียว  โครงสร้างของผลึกไม่แข็งแรง  จะแตกสลายได้ง่ายมาก  ขอบผลึกจะฉีกง่ายจนไม่อาจเห็นขอบผลึกที่ชัดเจน  อนุภาคแร่กลุ่มนี้มีขนาดเล็กมากระหว่าง  0.01-1  ไมครอน

แร่ซิลิเกตในกลุ่ม  montmorillonite  นี้จะมีสูตรโครงสร้างทางทฤษฎีเหมือนกันคือ  Si8Al4O20(OH)4   แต่จะต่างกันที่ปริมาณการถูกไล่ของอะตอม  Si  หรือ  Al  ในโครงสร้างของผลึกด้วยธาตุอื่นๆ  ซึ่งเรียกการแทนที่แบบนี้ว่า  isomorphous  substitution 

 กลุ่มอิลไลท์  ( Illite )  แร่กลุ่มนี้มีโครงสร้างของผลึกคล้ายกับกลุ่ม montmorillonite  โครงสร้างของแร่   Illite  เป็นโครงสร้างประเภท  2:1  มี  basal  spacing  ที่มีระยะคงที่คือ  10  แองสตรอม  หลืบระหว่างชั้นผลึกที่ซ้อนทับกันอยู่นี้มีระยะคงที่ม่สามารถยึดเข้าออกได้  บางครั้งจึงเรียกแร่กลุ่มนี้ว่าเป็นประเภท  non-expanding  lattice  (lattice  หมายถึงชั้น ) 

โครงสร้างแร่  Illite  นั้นคล้ายกับแร่  mica  มาก  จะแตกต่างกันตรงที่ปริมาณการแทนที่ของ  Si  ด้วย  Al  ในแผ่นซิลิกานั้นมีน้อยกว่าของแร่  mica   ดังนั้นจะมีผลทำให้ปริมาณประจุลบที่ตกค้างมีอยู่น้อยกว่าและมีปริมาณ  K  ที่เข้ามาทำให้ประจุสมดุลย์นั้นน้อยกว่าด้วย

สูตรโครงสร้างของ  Illite  คือ  K1.33(Si6.68Al1.33)Al4O20(OH)4

คุณสมบัติทั่วไปของ  Illite  จะอยู่ระหว่างคุณสมบัติของแร่กลุ่ม  kaolinite  และกลุ่ม  montmorillonite

แร่ซิลิเกตชนิดอื่นๆที่สำคัญ  คือ

แร่เวอร์มิคูไลท์  ( Vermiculite )  ซึ่งมีโครงสร้างประเภท  2:1  และมีองค์ประกอบคล้ายแร่  Illite  แต่ที่จะต่างกันตรงที่อะตอม  Al  ในแผ่นอะลูมินาจะถูกแทนที่ด้วย  Mg  ทั้งหมดและในระหว่างหลืบของชั้นผลึกที่ซ้อนกันนั้นมีอะตอม  Ca  และ  Mg  ดูดยึดอยู่เป็นจำนวนมาก  จึงทำให้โมเลกุลของน้ำที่เป็นอิสระแทรกเข้าไปได้น้อยมาก  ส่วนที่แทรกเข้าไปได้จะเป็นโมเลกุลของน้ำที่อยู่กับอะตอม  Mg  ซึ่งจะทำหน้าที่คล้ายๆกับสะพานเชื่อมระหว่างหน่วยผลึก  ระดับการยึดตัวและหดตัวของหลืบจึงมีน้อยและมี  basal  spacing  เท่ากับ  10-14  แองสตรอม

แร่คลอไรด์  ( Chlorite )  มีโครงสร้างคล้ายแร่  Vermiculite  ต่างกันที่แร่  Chlorite  จะมีแผ่นอะลูนาเพิ่มอีก  1  แผ่น  ซึ่งจะอยู่ในหลืบระหว่างชั้นผลึกอีกที  Al  ในแผ่นอะลูมินานี้จะถูกอะตอม  Mg  แทนที่หมดทุกตัว  เรียกว่าเป็นโครงสร้างประเภท  2:1:1  หรือ  2:2

โดยทั่วไปแล้วดินในแต่ละแห่งจะมีแร่ซิลิเกตหลายชนิดปะปนอยู่มาก  นอกจากนี้ยังอาจมีแร่ดินเหนียว  ที่มีคุณสมบัติผสมอยู่ระหว่างคุณสมบัติของแร่กลุ่มที่อธิบายมาแล้ว  จึงเรียกแร่ประเภทนี้ว่า  intergrade  clay  mineral  หรือบางครั้งอาจจะพบผลึกของแร่ซิลิเกตชนิดต่างๆเรียงซ้อนทับปะปนกันเรียกว่า  mixed  layer  clay  mineral  หรือ  interstratified  clay  mineral  เช่นแร่    Chlorite

ที่มา : http://vdo.kku.ac.th/mediacenter/mediacenter-uploads/libs/html/1291/siolchem/Silicat.htm

คุณสมบัติที่สำคัญของแร่ซิลิเกต

รูปร่างและขนาด  อนุภาคของแร่ซิลิเกตมีรูปร่างเป็นแผ่นบางๆประกบกันอยู่หลายชั้น  ขนาดของอนุภาคแร่ซิลิเกตนี้มีตั้งแต่  0.01-0.5  ไมครอน

พื้นที่ผิว  มีพื้นที่ผิวจำเพาะหรือพื้นที่ผิวต่อหนึ่งหน่วยน้ำหนักมีค่าสูงมาก  รูปร่างกลมจะมีพื้นที่ผิวน้อยกว่ารูปร่างแผ่นหรือแบน

ความเหนียว  ( cohesion )  และความอ่อนตัว  ( plasticity )  แร่ซิลิเกตมีคุณสมบัติทั้งสองแตกต่างกันมาก  แร่ที่มีความเหนียวและอ่อนตัวสูงได้แก่  แร่  montmorillonite  ส่วนแร่ซิลิเกตที่มีความเหนียวต่ำเช่น  แร่  kaolinite นั้นจะมีพื้นที่ผิวน้อยจึงทำให้มีโมเลกุลน้ำเกาะยึดที่ผิวน้อย  จึงไม่ช่วยยึดอนุภาค  clay  ที่อยู่ใกล้ๆกัน  มีผลทำให้การเกาะกันระหว่างอนุภาค  clay  ไม่เหนียว  ถึงแม้ดินจะมีความชื้นอยู่สูงมากก็ตาม  ดังนั้นดินที่มีแร่  kaolinite  จึงมีสภาพร่วนไม่เหนียวและอ่อนตัวต่ำ

การขยายตัว ( swelling )  และการหดตัว  ( shrinking )  แร่ซิลิเกตบางชนิดมีช่องว่างหรือหลืบระหว่างชั้นของผลึกที่ซ้อนทับกันค่อนข้างกว้างและไม่ได้ยึดเกาะกันเหนียวแน่นนัก  โมเลกุลของน้ำแทรกตัวเข้าไปในหลืบได้ง่าย  ทำให้หลืบกว้างออก  มีผลทำให้แร่ขยายตัวหรือพองตัวได้เมื่อเปียกน้ำ  และเมื่อทำให้แร่พวกนี้แห้งลงน้ำที่เกาะอยู่ในหลืบก็จะระเหยตัวออกมา  ทำให้แร่เหล่านี้หดตัว  ปรากฏการณ์นี้จะเห็นได้เสมอในดินท้องทุ่งนา

             ประจุลบและการดูดซับไอออนบวก  ( cation  absorption )  คุณสมบัติข้อนี้มีความสำคัญยิ่งในทางเคมี  อนุภาคแร่ซิลิเกตจะมีประจุลบตามผิวอนุภาค  จึงมีการดูดซับที่ผิวอนุภาคและสามารถถูกไล่ที่  โดยไอออนบวกอิสระอื่นๆได้  เราจึงเรียกไอออนบวกที่ถูกดูดซับนี้ว่าเป็นไอออนที่ถูกแลกเปลี่ยนได้  ( exchangeable  cation )  และขบวนการแลกเปลี่ยนหรือไล่ที่กันของไอออนบวกนี้เรียกว่า  ขบวนการแลกปลี่ยนไอออนบวก  ( cation  exchange ) 

ที่มา : http://vdo.kku.ac.th/mediacenter/mediacenter-uploads/libs/html/1291/siolchem/silicat2.htm

 

การเกิดของแร่ซิลิเกต

              ส่วนใหญ่เกิดจากการผุพังสลายตัวของแร่ต่างๆในดิน  เช่น  Feldspars ,  muscovite ,  amphibole  และ  pyroxenes  ซึ่งเป็นแร่ที่เรียกว่า  แร่ปฐมภูมิ  เมื่อแปรสภาพก็จะกลายเป็นแร่ทุติยภูมิ  การแปรสภาพแบ่งออกได้เป็น  2  ขบวนการใหญ่ๆคือ

              ขบวนการ  Alteration  หมายถึง  ขบวนการที่แร่ปฐมภูมิบางชนิดมีการเปลี่ยนแปลงทางฟิสิกส์หรือทางเคมีเพียงเล็กน้อย  ทำให้โครงสร้างเดิมของแร่ยุบและเรียงตัวกันใหม่เกิดเป็นแร่ซิลิเกต  ระหว่างการเปลี่ยนแปลงนี้จะมีอะตอมของธาตุบางธาตุในโครงสร้างเดิมถูกทำปฏิกิริยาและหลุดออกไปจากโครงสร้าง  แล้วมีอะตอมของธาตุอื่นเข้ามาแทนที่

              ขบวนการ  Recrystallzation  เป็นขบวนการที่แร่ปฐมภูมิมีการผุพังทางเคมีอย่างรุนแรง  พวกธาตุต่างๆจะหลุดออกมาจากโครงสร้างและถูกพัดพามาอยู่ที่ใดที่หนึ่งเป็นจำนวนมาก  และในที่สุดจะเกิดการรวมตัวกันจนเป็นผลึกใหม่ของแร่ซิลิเกต

              การแพร่กระจายของแร่ซิลิเกตภายในดิน  ดินชนิดต่างๆจะมีสัดส่วนของแร่ซิลิเกตแต่ละชนิดแตกต่างกันไป  ขึ้นอยู่กับชนิดของหินและแร่ต้นกำเนิด  ดินฟ้าอากาศ  อายุของหินและภูมิประเทศ

ที่มา : http://vdo.kku.ac.th/mediacenter/mediacenter-uploads/libs/html/1291/siolchem/silicat4.htm

 

การแลกเปลี่ยนไอออนในดิน

                คือการแลกเปลี่ยนไอออนซึ่งกันและกันบนผิวอนุภาคดิน การแลกเปลี่นนี้เกิดขึ้นระหว่างไอออนในสารละลายดินกับไอออนที่เกาะอยู่บนผิวของอนุภาคดิน

ประโยชน์และความสำคัญของการแลกเปลี่ยนแคทไอออนในดิน

                คุณสมบัติของดินเกี่ยวกับการแลกเปลี่ยนแคทไอออนในดินนั้น มีความสำคัญอย่างมากในด้านปฐพีวิทยา ธรณีวิทยา วิศวกรรมก่อสร้าง และวิชาการสาขาอื่นๆ อีกมากดังนี้

                 ด้านปฐพีวิทยา การแลกเปลี่ยนแคทไอออนมีความสำคัญต่อคุณสมบัติทางเคมีของดินคือ จะช่วยรักษาแคทไอออนในดินไม่ให้ถูกชะล้างสูญหายไป เนื่องจากแคทไอออนเหล่านี้จะดูดซับอยู่ที่ผิวอณุภาคดิน จึงเป็นแหล่งธาตุอาหารซึ่งพืชสามารถนำไปใช้ได้ในด้านเกี่ยวกับคุณสมบัติทางฟิสิกส์ เช่น ความซุย ความเหนียวของดินนั้นก็เกี่ยงข้องกับการแลกเปลี่ยนแคทไอออน เช่น ในดินที่มี Na+ มากๆจะเหนียวน้ำซึมผ่านได้ยาก มักทำให้น้ำขังได้ง่าย ไถพรวนลำบาก เมื่อแห้งก็จะทำให้ดินแข็งและแตกระแหงไม่เหมาะกับการปลูกพืช แต่ถ้าเราไล่ที่Na+ ออกมาโดยใช้ Ca+ (จากปูน) จะเป็นผลให้ดินมี Zeta potential ลดลงทำให้รวมกลุ่มตกตะกอนดินก็จะไม่เหนียวแต่ร่วนซุยไถพรวนง่าย  น้ำซึมผ่านสะดวกขึ้น  นอกจากนี้ในดินกรดจัด  ก็จะมี  H+  ดูดซับที่ผิวอนุภาคดินมากไม่เหมาะสมแก่การปลูกพืช  เราสามารถปรับปรุงแก้ไขดินกรดนี้ได้ด้วยการใส่ปูน  ซึ่งจะมี  Ca2+  เข้าไปแลกเปลี่ยนไล่ที่  H+  ออกมาจากผิวอนุภาคดิน  ความเป็นกรดก็ลดลงไป

                 ด้านธรณีวิทยา  ขบวนการแลกเปลี่ยนแคทไอออนมีส่วนเกี่ยวข้องกับการสลายตัวผุพังของแร่และหินต่างๆในดิน  โดยที่ธาตุต่างๆ  พวกแคทไอออนจะหลุดออกมาจากแร่ต่างๆและถูกชะล้างไปรวมตัวกันเกิดเป็นพวกแร่ทุติยภูมิ  เนื่องจากเป็นธาตุ  Na+  นั้นสามารถถูกไล่แทนที่ได้ง่าย  และเนื่องจากเป็นธาตุที่มีอยู่เป็นจำนวนมากในหินและแร่  ดังนั้นระหว่างการสลายตัวผุพังจึงถูกชะล้างพัดพาลงมาสะสมอยู่ในทะเลได้ง่าย  จึงทำให้น้ำทะเลมี  Na+  สูงมาก

                นอกจากนี้การใช้ดินในการทำเครื่องปั้นดินเผา  จำเป็นต้องควบคุมเกี่ยวกับความเหนียวและความซุยของดินที่จะใช้ปั้น  ซึ่งสามารถจะควบคุมได้โดยการเพิ่ม  Na+  เพื่อให้มีความเหนียวและความอ่อนตัวสูง  แต่ถ้าต้องการให้ดินร่วนซุยนี้ใช้   Ca2+  เข้าไปไล่ที่  Na+  ออกมา

                 ด้านวิศวกรรมก่อสร้าง  การแลกเปลี่ยนแคทไอออนของดินมีความสำคัญต่อการก่อสร้างตึกและถนน  การยืดหดของดินเมื่อเปียกน้ำ  และแห้ง  จะเป็นอันตรายต่อฐานของตึกและถนนเป็นอย่างมาก  ถ้าหากไม่มีการควบคุมแล้วตึกก็อาจจะทรุด  ถนนแตกชำรุดเสียหายได้  จึงจำเป็นต้องควบคุมการยืดหดของดินดดยอาศัยขบวนการแลกเปลี่ยนแคทไอออน  เช่นถ้าดินที่จะใช้ เป็นรากฐานถนนหรือตึกเป็นดินที่มีแร่ประเภท  2:1 มาก  เราจำเป็นต้องใส่ปูนลงไปผสมคลุกเคล้าเสียก่อนเพื่อลด  Zeta  potential  ของดินลง  ทำให้เกิด  flocculation  และจะลดการยืดหดตัวของดินด้วย

ที่มา :  http://vdo.kku.ac.th/mediacenter/mediacenter-uploads/libs/html/1291/siolchem/cation.htm

 

การแลกเปลี่ยนแอนไอออนในดิน

                เกิดขึ้นเมื่อแอนไอออนนั้นดูดซับอยู่ที่อนุภาคดินซึ่งมีประจุบวก โดยทั้งไปแล้วประจุบวกเป็นประจุประเภทที่เปลี่ยนแปลงได้ตามสภาพ pH และความเข้มข้นของสานละลายดิน ซึ่งจะพบในแร่ประเภท 1:1  และผิวของแร่ออกไซค์ของ Fe และ Al ซึ่งจะเคลือบผิวอนุภาคแร่ซิลิเกตให้แก่ดินในเขตร้อน

                ประเภทของการยึดเกาะของแอนไอออน (anion adsorption) การยึดเกาะของแอนไอออนบนผิวอนุภาคดินสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท

การยึดเกาะแบบจำเพาะ (specific adsorption)  หมายถึง การยึดเกาะในลักษณะที่ทำให้เกิดพันธะทางเคมี โดยแอนไอออนจะเข้าไปแทนที่กลุ่มไฮดรอกซิล (hydroxyl) ทำให้สารละลายดินมีค่า pH ลดลง

การยึดเกาะแบบไม่จำเพาะ (non-specific adsorption)

                หมายถึงการเกาะยึดของแอนไอออนบนพื้นผิวอนุภาคตรงจุดที่เป็นประจุบวกเท่านั้น เกิดจากพันธะ ไอออนิค (ionic bond) เป็นการยึดเกาะทางกายภาพระหว่าประจุลบและบวก แรงยึดเกาะจึงไม่เหนียวแน่น

ที่มา : http://vdo.kku.ac.th/mediacenter/mediacenter-uploads/libs/html/1291/siolchem/anion.htm

 

ความเป็นกรดด่างของดิน (Soil reaction)

ความเป็นกรดด่างของดินเราสามารถวัดออกมาเป็นค่า pH

                ความหมายของ pH หมายถึง ค่าบอกความเข้มข้นของ H+ ที่มีอยู่ในสารละลายดิน และมีสมการดังนี้                 pH = – log (H+)

โดยที่ (H+) หมายถึงความเข้มข้นของ H+ มีหน่วยเป็นโมล (mole)/ลิตร ซึ่งปกติมีค่าตั้งแต่ 1-14

                                pH เป็นกลางคือ pH=7 ความเข้มข้นของ H+ = OH

                          pH เป็นกรดคือ pH<7ความเข้มข้นของ H+ > OH

                                pH เป็นด่างคือ pH>7ความเข้มข้นของ H+ < OH

                การวัด pH ของดิน เราสามารถวัดหาความเป็นกรดเป็นด่างของดินได้หลายวิธี แต่ที่สำคัญมีอยู่ 2 วิธีคือ

                                วัดด้วยเครื่องวัด pH meter ซึ่งโดยปกติจะมีราคาค่องข้างแพง แต่วัดได้ค่าที่ละเอียดมาก เหมาะสำหรับวัดในห้องปฏิบัติการ

                                วัดด้วยน้ำยาเปลี่ยนสี (indicator) ซึ่งเป็นน้ำยาที่จะเปลี่ยนสีของตัวเองเป็นสีต่างๆ ได้เมื่อมีความเข้มข้นของ H+แตกต่างกัน เช่นน้ำยาฟีนอลเรด (phenol red) จะมีสีเหลืองเมื่อมี pH 6.6 เปลี่ยนสีเป็นสีแดงที่ pH8.2 และจะมีสีต่างๆผสมกันระหว่างเหลืองกับม่วงแดง เมื่อ pH อยู่ที่ pH ระหว่าง 6.6-8.2

ที่มา  :  http://vdo.kku.ac.th/mediacenter/mediacenter-uploads/libs/html/1291/siolchem/reaction.htm

 

Leave a Reply

ที่อยู่อีเมลของคุณจะไม่ถูกเผยแพร่ ช่องที่ต้องการถูกทำเครื่องหมาย *