L'argilla è un materiale naturale del suolo composto da particelle estremamente fini, più piccole di due micrometri. Essa è una roccia sedimentaria clastica, costituita da granuli detritici, di dimensioni inferiori a 0,004 mm, accumulatisi per decantazione in acqua (depositi marini, fluviali, lacustri), per azione di ghiacciai (depositi morenici) o per azione dei venti (löss).
I Terreni a Grana Fina e l'Attività Minerale
I terreni a granatina sono argille e linee, a differenza dei terreni a grana grossa che sono sabbie e ghiaie. I terreni a grana fina sono costituiti da minerali non attivi con acqua e minerali attivi con acqua, come per esempio minerali argillosi. Ricordiamo che i minerali si dicono attivi con acqua quando al variare del contenuto di acqua si modifica sensibilmente il loro stato, in primo luogo la loro formabilità.
I Minerali Argillosi: Composizione e Legami
I minerali argillosi sono un gruppo eterogeneo di alluminosilicati che costituiscono la maggior parte della famiglia dei silicati e, nello specifico, dei fillosilicati e sono il principale costituente di sedimenti e rocce a grana fine come rocce fangose, scisti, argille, siltiti argillose e argilliti. Componenti mineralogici essenziali dell'argilla sono i silicati idrati di Al - a struttura lamellare - contenenti talvolta anche ioni Na, K, Mg, Ca e Fe.
Ai minerali argillosi si uniscono sempre, in quantità variabile, componenti primari stabili diversi, tra i quali fondamentalmente il quarzo ed eventualmente muscovite, feldspati ecc. I minerali argillosi sono dei silicati in cui ci sono stati di polianioni e policationi tenuti insieme da legami secondari.
Gli atomi si legano tra loro e formano molecole con legami detti valenze primarie. Esse si legano a loro volta con dei legami detti valenze secondarie, che possono essere legami a idrogeno o forze di Van der Waals. Nel legame a idrogeno l'atomo di idrogeno con la sua carica positiva attrae atomi elettronegativi formando un legame elettrostatico. Nel caso delle forze di Van der Waals si forma un dipolo, ovvero un disequilibrio tra i baricentri delle cariche elettriche positive e negative.
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Le Unità Strutturali Fondamentali: Tetraedri e Ottaedri
La struttura lamellare dei minerali argillosi è formata da due tipi principali di unità: le strutture tetraedriche e quelle ottaedriche.
La Struttura Tetraedrica
La struttura tetraedrica è fatta da un atomo di silicio, che presenta quattro valenze positive, unito a quattro atomi di ossigeno, ciascuna con quattro valenze negative. I tetraedri, che costituiscono la parte polianionica, si uniscono tra di loro in modo che gli atomi di ossigeno della base siano legati ognuno a due atomi di silicio.
Si formano delle lastre molecolari avente spessore pari a quelle del tetraedro, ma restano non saturate le cariche al vertice. Quindi se il piano inferiore della lastra è fatto da atomi di ossigeno con valenze equilibrate, il piano intermedio con atomi di silicio con valenza equilibrate, il piano superiore presenta atomi di ossigeno, ciascuno con una valenza libera.
La Struttura Ottaedrica
La struttura policationica invece presenta forma ottaedrica, ed è coordinata da alluminio, ferro o magnesio e presenta intorno sei atomi di ossigeno. Invece la struttura ottaedrica presenta lo strato superiore fatto da atomi di ossigeno con una valenza libera, lo strato intermedio fatto da atomi metallici con valenze equilibrata, e infine lo strato inferiore fatto dato medio ossigeno con una valenza libera.
Le lastre tetraedriche e ottaedriche presentano valenze libere alle estremità, si combinano e tendono a saturare le cariche sbilanciate.
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Sostituzione Ionica e Classificazione Strutturale
La differenza nella composizione dei minerali argillosi si verifica quando avviene la sostituzione degli ioni all’interno della struttura del minerale. La sostituzione di Si4+, Al3+ e Mg2+ avviene con altri cationi con raggio ionico comparabili nei rispettivi fogli tetraedrici e ottaedrici. Pertanto, al centro del tetraedro, avviene la sostituzione di Si4+ con Al3+ senza che se modifichi la struttura di base del cristallo.
I minerali argillosi possono essere classificati a seconda del modo in cui i fogli tetraedrici e ottaedrici sono impacchettati in strati.
Tipologie Principali di Minerali Argillosi
La varietà dei minerali argillosi dipende dalla disposizione e dalla composizione delle loro lastre strutturali, influenzando direttamente le loro proprietà e applicazioni. I principali gruppi sono la caolinite, la montmorillonite e l'illite.
| Minerale | Struttura (Fogli T:O) | Espandibilità | Plasticità | Temperatura di Fusione | Usi Comuni |
|---|---|---|---|---|---|
| Caolinite | T-O (1:1) | No | Notevole | Alta (circa 1700 °C) | Porcellane, ceramiche, carica per carta e gomma, refrattari. |
| Montmorillonite (Smectite) | T-O-T (2:1) | Sì (elevata) | Elevatissima | Media-Bassa | Leganti, carta (pigmento/carica), gomma. |
| Illite (Idromica) | T-O-T (2:1) | No | Elevata | Non molto elevata | Laterizi, leganti idraulici, maioliche, ceramica. |
Caolinite (Minerali a Due Strati T-O)
La caolinite è un minerale in cui i fogli sono costituiti da una lastra ottaedrica e una lastra tetraedrica che in parte si compenetrano, e sono tenute insieme dal legame idrogeno. La caolinite è costituita da uno strato di silice e uno strato di allumina, ed è pertanto a due strati T-O (tetraedrico-diottaedrico) e ha formula Al2O3 ·2 SiO2 ·2 H2O.
Le argille costituite esclusivamente, o quasi, di caolinite, o di altro minerale del suo gruppo, comunemente chiamate caolini o argille da porcellana, hanno un’elevata temperatura di fusione (circa 1700 °C), una notevole plasticità e un relativamente modesto ritiro; per queste loro proprietà sono impiegate nella fabbricazione di porcellane, di ceramiche, come carica nelle carte, nella gomma ecc.
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Le argille costituite da caolinite, ma contenenti anche materiali inerti, note come argille refrattarie, hanno ancora un’elevata temperatura di fusione e una notevole plasticità; poiché però, alla cottura, divengono in genere rosee o rosse, non possono trovare impiego nella fabbricazione delle porcellane mentre trovano vasto impiego nella fabbricazione di refrattari silico-alluminosi, chamotte, terre da fonderia ecc.
Montmorillonite (Gruppo Smectite, Minerali a Tre Strati T-O-T)
La smectite, che comprende montmorillonite, beidellite, nantronite, saponite ed ectorite, appartiene ai materiali argillosi a tre strati T-O-T che si formano dall’erosione di suoli, rocce o ceneri vulcaniche. La smectite più comune è la montmorillonite, con una formula chimica generale: (Ca,Na,H)(Al,Mg,Fe,Zn)2(Si, Al)4O10(OH)2-x H2O.
Nella montmorillonite i fogli elementari presentano un ottaedro interposto tra due fogli tetraedrici, tenuti insieme dai legami più deboli che quindi permettano infiltrazione di acqua. La presenza di cationi scambiabili nell’interstrato tra le molecole d’acqua provoca l’espansione del reticolo cristallino man mano che il minerale si idrata.
Le argille costituite da un minerale del gruppo della montmorillonite e note come argille smettiche, terre da follone, bentoniti ecc., hanno una plasticità elevatissima e un elevato potere legante; esse inoltre hanno la capacità di adsorbire grandi quantità di acqua, aumentando enormemente di volume, e di scambiare le proprie basi (Ca, Na, K, Mg ecc.) con quelle delle soluzioni con le quali vengono a contatto. Per queste loro proprietà le argille speciali si usano nell’industria della carta (come pigmento e come carica) e in quella dei manufatti di gomma.
Illite (Minerali a Tre Strati T-O-T)
L’illite appartiene ai materiali argillosi a tre strati T-O-T e ha formula (K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2·(H2O) in cui possono essere presenti calcio e magnesio al posto del potassio. È generata dall’erosione alcalina di rocce ricche di potassio e alluminio e si trova nelle profondità marine.
Non è un minerale che tende ad espandersi a causa di cationi di potassio scarsamente idratati o ioni di calcio e magnesio che riempiono lo spazio tra i cristalli delle singole particelle di argilla, impedendo alle molecole d’acqua di entrare nella struttura dell’argilla. Le argille del gruppo della illite, dette argille comuni o argille da laterizi, hanno in genere plasticità elevata, ma temperatura di fusione non molto elevata; sono impiegate nella fabbricazione di laterizi, di leganti idraulici, di maioliche e, in generale, nell’industria ceramica.
Altri Minerali Argillosi
La vermiculite, appartiene ai materiali argillosi a tre strati T-O-T e fu trovata per la prima volta nel 1824 a Millbury, nel Massachusetts.
Le cloriti appartengono ai materiali argillosi a quattro strati T-O-T-O costituite principalmente da silicati di ferro e magnesio e hanno formula generale (Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2·(Mg,Fe)3(OH)6. È un minerale argilloso non rigonfiabile, poiché l’acqua non viene adsorbita negli spazi interstrato e ha una capacità di scambio cationico relativamente bassa.
Proprietà Generali dell'Argilla e i Terreni Argillosi
A questi minerali argillosi è dovuta la plasticità delle argille e la loro capacità di acquistare e perdere facilmente acqua. Grazie alle caratteristiche chimico-fisiche della sostanza argillosa, l’argilla può assorbire acqua fino al 70% del suo peso, trasformandosi in una massa pastosa e plastica che può essere facilmente modellata.
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Una volta sottoposta ad alta temperatura, l'argilla perde tutta l'acqua, si indurisce e mantiene durevolmente la forma data prima della cottura, rendendo impossibile modellarla di nuovo. I minerali argillosi agiscono come spugne chimiche poiché hanno la capacità di trattenere l’acqua e i nutrienti vegetali disciolti erosi da altri minerali a causa della presenza di una carica elettrica sbilanciata sulla loro superficie. Queste proprietà di scambio ionico sono della massima importanza in tutti i campi nei quali vengono impiegate le argille.
A seconda del minerale argilloso presente e della sua percentuale, variano le proprietà delle argille, e, di conseguenza, i loro impieghi. L'argilla trova svariati e importanti impieghi. Un altro materiale utilizzato in architettura è la terra cruda, una terra argillosa impiegata per realizzare edifici e mattoni.
L'Argilla nell'Agricoltura
Si definiscono terreni argillosi quelli che hanno una parte di argilla superiore al 15% (oltre il 20% si parla di terreni compatti o pesanti); se questa oltrepassa il 35-37%, il terreno diviene inadatto alla coltura. Se il contenuto di argilla non è eccessivo, essa conferisce al terreno doti di produttività, esercita un forte potere adsorbente sulle sostanze concimanti, adsorbe e trattiene l’umidità, aumentando così la resistenza alla siccità.
Per questa ultima ragione, però, le terre argillose soffrono facilmente l’umidità e sono più fredde. Per la loro tenacia e adesività e per la difficoltà di trovarsi in giusta tempera possono presentare difficoltà di lavorazione, che deve essere tempestiva ed energica. La struttura dei terreni argillosi viene migliorata con le concimazioni organiche e con la flocculazione dell’argilla, che è determinata da alcune sostanze, come la calce, e da agenti meteorici, quali l’alternanza di gelo e disgelo. Su suoli fortemente argillosi, e pertanto asfittici se idratati, o vertici se disidratati, crescono le cosiddette piante argillofile. In campo agricolo, la coltivazione di un terreno, il suo contenuto di sostanze nutritive e il trattamento eventuale con fertilizzanti dipendono in gran parte dal tipo di minerali argillosi presenti nel terreno stesso.
Termini Correlati all'Argilla
- Argillificazione: L’argillificazione è un processo di alterazione, essenzialmente chimica, delle rocce silicatiche a opera degli agenti esogeni.
- Argilloscisto: Roccia argillosa fissile, a tessitura scistosa, derivata da argilla per azioni metamorfiche, senza che vengano, tuttavia, completamente obliterati i minerali argillosi originari.