علاقة التكوين المعدني في السلوك الفيزيوكيميائي للتربة

[????]

«°·.¸.•°°·.¸¸.•°°·.¸.•°»بسم الله الرحمن الرحيم«°·.¸.•°°·.¸¸.•°°·.¸.•°»
من المعلوم ان الاراضي تكونت نتيجه حدوث عمليات التجويه للصخر الاصلي وعمليات التجويه Weathring اما ان تكون طبيعيه او كيميائيه او بيولجيه وعموما بتؤدي عمليات التجويه الطبيعيه Physical الي تكسير وتحطيم في الصخر الاصلي دون مايحدث تغيير في التركيب الكيميائي يلي ذلك التجويه الكيميائيه Chemical والتي تزداد باذدياد السطح النوعي او صغر حجم حبيبات التربه وتؤدي هذة العمليه الي تغيير في التركيب الكيميائي للمعادن الاوليه وتكوين معادن جديدة مثل معادن الطين ..
بنجد ان المعادن الاوليه Priamry Minerals الموروثه من الصخور الاوليه ينتشر فيها الجزء الخشن Corse من الارض مثل الرمل والسلت اما المواد الثانويه التي نتجت نتيجه عمليات التجويه الكيميائيه فتوجد في الجزء الناعم Fine او الجزء الغروي اي الحبيبات التي تكون ذات اقطار اقل من 2 ميكرون ..
في دراستنا بنتناول التركيب المعدني للرمل وبنجد بالنسبه Fraction الخاص بالرمل بتتراوح بين 0.2 الي 0.02 ملليمتر اما Fraction السلت فبيتراوح بين 0.02 الي 0.002 ملليمتر.. حبيبات الرمل والسلت هي عبارة عن اجزاء صغيرة من الصخور والمعادن الاوليه من الصخر الاصلي مثل معادن السليكا والفلسبار والميكا والامفيبولات ..

Tetrahedron: a central cation surrounded by four anions at the corners of a triangular pyramid
Octahedron: a central cation surrounded by six oxygens, four in the plane of the cation, one above, and one below


بالنسبه لمعادن السليكا Silica Minerals
فبيكون في نوعين اما ان تكون Cystalline Silica Or Non Crystalline Silica
منها 3 انواع مختلف في البناء البلوري مثل Quartz,Cristobalite,Tridymite
المعادن المتبلورة او Crystalline بتتبع السليكا الاطاريه وهي عبارة عن تجمعات Tetrahedron ممتدة في ثلاثه اتجاهات , والتركيب الكيميائي للسليكا المتبلورة هو نفس التركيب الكيميائي لل Silicon Di Oxide وبنجد انه لايذوب في الماء او الاحماض العاديه ولكن بيذوب في HF (معلومه خاصه)
بالنسبه للمعادن Non Crystalline او Amorphous silica مثل silica gel ,opal .. بنجد ان silica mineral بتكون Resistance مقاومه للتحلل ...
بالنسبه لمعادن Feldspars
هي معادن Alominosilicates تحتوي علي كميات مختلفه من sodium,botasium,calcium.other barium وغالبا بيكون جزء كبير منها من Metanorpus rocks الصخور المتحوله .. اهم معلومه انها بتعطي معلومات عن المنشا الجيولجي لل Parent material مادة الاصل اللي اتكونت منها التربه وتعطي معلومات عن عمليات تكوين التربه وبنجد ان الفلسبارات تعتبر مخزن للصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم وعديد من العناصر الدقيقه زي النحاس والرابيديوم والسيزيوم والرصاص ..ومن ناحيه التركيب البنائي بتنتمي الي السليكات الاطاريه (عبارة عن تجمعات تتراهدريه في ثلاث ابعاد )
امثله علي الفلسبارات ...Orthoclase,Plagioclase
بالنسبه لمعادن Micas الميكا
وهي تتبع مجموعه phyllosilicates السليكا الصفائحيه يوجد منها نوعين
Muscovite,Philogobite
بالنسبه لمعادن Pyroxenes and Amphiboles
البيركسين بيتكون من سلاسل فرديه من Silica Tetra Hedron اما الامفيولات بتتكون من سلسله مذدوجه .. بترتبط السلاسل الفرديه والسلاسل المذدوجه للبيروكسين والامفيبولات بواسطه عديد من الكاتيونات ..
بالنسبه للاوليفينات Olivines
هي بتتكون من تتراهيدرات فرديه مستقله غير مشتركه Nesosilicates
في معادن اخري غير سليكاتيه منها معادن الكربونات مثل Calcite,Dolomite,Magnesite,Siderite
ايضا معادن phosphates مثل Apatite
ايضا الاكاسيد والهيدروكسيدات مثل Iron oxidase Himotite,Limonite,Magnetite
بالنسبه للتركيب المعدني للجزء الغروي (الطين) من الارض
كما ذكرنا سابقا بان الجزء الغروي اقطار حبيباته اقل من 2 ميكرون او 0.002 ملليمتر ..يتكون من معادن ثانويه Secondary Minerals ناتجه من Chemical Reactions ل Weathring Processes وهذة المعادن لاتوجد في الصخور الاصليه التي تكونت منها الاراضي ..
Clay Minerals معادن الطين
بيعرف ان معدن الطين هو مادة غير عضويه متبلورة Crystalline Non Orgainc
تتكون اساسا من حبيبات متبلورة صغيرة جدا من واحد او اكثر من مجموعه او اكثر من المعادن وتعرف بمعادن الطين فهي عبارة عن Alimono silicate hydrate
سليكات الومنيوم مائيه يحل في بعضها المغنيسوم والحديد محل كل او جزء من الالومنيوم ومع وجود القواعد الارضيه كمكونات اساسيه في بعضهم .. وطبقا لهذا المفهوم فان معادين الطين المتبلورة هي المكون الاساسي لكل انواع الطين تقريبا وعلي هذا فانها تصبح الجزء المسؤل عن تحديد خواص الطين ..
معادن الطين بتختلف عن المعادن الاخري لاتتحد فقد خواصها المختلفه بتركيبها الكيميائي فقط ولكن تتحد بطريقه ترتيب الذرات داخل البناء الذري لبللوراتها .. ومعادن طين تحدث فيها ظاهرة معروفه باسم Poly morphism تعدد الاشكال لنفس التركيب الكيميائي وكذلك ظاهرة Iso Morphism لتراكيب كميائيه مختلفه وغيرها ولذلك حتي نتفهم العلاقه بين التركيب الكيميائي من ناحيه والخواص المختلفه لمعادن الطين من ناحيه اخري لابد من دراسه قواعد التركيب الذري للمعادن ...



Structure Of Clay Minerals
التركيب البنائي لمعادن الطين .. تتبع معادن الطين مجموعه Phyllosilicates وقد تم ذكرها سابقا ..بيتميز تركيب معادن الطين المختلفه والميكا بانه بتكون من Sheets طبقات فوق بعضها وتتكون هذة الطبقات من وحدات اساسيه بسيطه هي وحدة تترا هيدرا ووحدة الاوكتاهيدرا ....



1 - طبقه التتراهيدرا
نجد انها تتكون من وحدات سليكا تتراهيدرا متصله ببعضها خلال ثلاث ذرات اكسجين في اتجاهين وتتميز هذة الطبقه بترتيب التتراهيدرات في شكل حلقات سداسيه بينها فراغات سداسيه ..
2 - طبقه الاوكتاهيدرا
تتكون من وحدات اوكتاهيدرا في اتجاهين وهناك نوعين من طبقات الاوكتاهيدرا حسب نوع الكاتيون الذي يشغلها ثلاثي ام ثنائي ..
1- طبقه اوكتاهيدرا الومنيا او Gibbsite
في هذة الطبقه يكون الايون المركزي عبارة عن ايون الومنيوم ثلاثي التكافؤ وبالتالي يحتاج البناء الي ايونين الونيوم فقط Al 2 OH وتسمي هذة الطبقه ثنائيه الاوكتا هيدرا Dioctahedral اي ان هناك ايونين فقط من الالومنيوم في كل ثلاث مواقع اوكتاهيدراليه بايونات الالومنيوم الثلاثيه والثلث الاخر خاليا..
2- طبقه اوكتاهيدرا المغنيسيوم
وتسمي Brucite وفيها يشغل المغنسيوم الثنائي التكافؤ فراغات الاوكتاهيدرا كلها اي ان يكون هناك ايونات مغنيسيوم في كل ثلاثه مواقع اوكتاهيدريه وتسمي هذة الطبقه الثلاثيه الاوكتاهيدرا Trioctahedral اي ان جميع المواقع الاوكتاهيدريه تكون مشغوله بايونات الماغنيسيوم الثنائيه .. وقد يوجد الحديد الثنائي او الثلاثي او المنجنيز في هذة المواقع الاوكتاهيدريه ولكن الطبقات الاساسيه التي ستكون منها المعادن المختلفه للطين طبقه السليكا وطبقه الجبسيت او طبقه البروسيت وتنتج المعادن الاخري بالاحلال المتماثل في هذة الطبقات ومن هذة الطبقات الثلاثه نستطيع ان نكون معادن الطين المختلفه ويكون المعدن ثنائي الاوكتاهيدراDioctahedral اذا احتوي علي طبقه جبسيت تشغلها ايونات ثلاثيه التكافؤ ويكون المعدن ثلاثي الاوكتاهيدرا Trioctahedral اذا احتوي في تركيبه علي طبقه بروسيت تشغلها ايونات ثنائيه التكافؤ...
كذلك فانه اذا تكون المعدن من طبقه سليكا واحدة وطبقه اوكتا هيدرا واحدة سمي المعدن 1:1 واذا تكون من طبقتين من السليكا بينهما طبقه واحدة من الاوكتاهدرا سمي معدن 2:1 واذا تكون المعدن من طبقتين من السليكا بينهما طبقه من الاوكتاهيدرا وفوقهما طبقه اخري من الاوكتاهيدرا سمي معدن 2:2
معادن الطين ذات الطبقتين 1:1
كل ماسبق هو عبارة عن ملخص بسيط جدا عن التركيب المينرولجي والكيميائي للتربه ..يهمنا اكثر هو الحديث عن معادن الطين والتي تضم كل من معادن الطين ذات الطبقتين 1:1 مثل معدن طين kaolinite بيكون معدن Dioctahedral .. المعدن له صفات او مميزات وهي كالتالي
1 - هذة المعادن لاتتمدد في الماء والسبب في ذلك وجود روابط ايدروجينيه بين الوحدات ..
2 - لايوجد Isomorpus substitution احلال متماثل في هذة المعادن ومعلومه خاصه يمكن حدوث الاحلال عن طريق Broken bonds
3 - Cation Excahnge Capacity السعه التبادليه منخفضه جدا وتترواح بين 3 :15 ملليمكافيء / 100gm

النوع الاخر : المعادن ذات الثلاث طبقات
1 - معادن الميكا Mica Minerals
منها نوعين Dioctahedral,Trioctahedral
Muscovite,Biotite
مميزات هذا المعدن ..
1 - غير متمدد Non Expansion في وجود الماء..
2 - وجود البوتاسيوم او الصوديوم بين الطبقات ليعوض النقص في الشحنات الموجبه في طبقه التتراهيدرا نتيجه الاحلال المتماثل .
2 - الشحنه الكليه عاليه لهذا المعدن .
3 - السعه التبادليه CEC منخفضه جدا 30 - 50 ملليمكافيئ / 100 gm لوجود k بين الطبقات وعدم تعرض الاسطح الداخليه وبالتالي يكون السطح النوعي منخفض ..
4 - الاحلال يكون في طبقه السليكا تترا هيدرا ..

2 - Illite Or Soil Mica
او يطلق عليها Hydromica
اعتقد جاكسون ان الايلليت عبارة عن ميكات مختلطه بطبقات معادن متمددة وان هذة الطبقات المتمددة نتجت نتيجه فقد لبعض البوتاسيوم من بعض طبقات المعدن ..وبذلك راي جاكسون ان معادن الطين تنشا من الميكا علي الترتيب التالي .. ( معلومه خاص للمهتمين بدراسه معادن طين )
هي لها رسمه في الكتاب جميله عندي..
الميكا (معدن غير متمدد ) تحول الي الالليت ثم تحول الي الفيرميكيليت ثم تحول الي المونتموريللونيت (معدن متمدد)
حيث بيتجه التفاعل جبهه اليمين اذا انخفض نسبه البوتاسيوم اللي موجودة في Quater SOlution ممايؤدي الي زيادة خروج البوتاسيوم من الميكا وتحولها الي معادن متمددة والعكس صحيح ..
ملحوظه
الميكا والالليت والفيرميكيليت معادن غير متمددة لان هنا الاحلال بيحدث علي السطح الخارجي في Silica Octa Hedralاما معدن Montmorillonite فدة بيكون Expansion( هنتكلم بعض المعلومات عنه )
المعدن دة من المعادن الهامه جدا في الدراسه كما ذكرنا ان المعدن Expanding لانخفاض الشحنه السالبه الكليه .. ترجع اهميه هذا المعدن بالنسبه للتربه علي انه يتميز بسعه تبادليه كاتيونيه عاليه بالاضافه علي قدرته العاليه علي التمدد والانتفاخ Swelling بكميات كبيرة في الماء وبالتالي بيكون له تاثير علي الصفات الطبيعيه للتربه ..
CEC 80ملليمكافيء /100 Gm Soil ...
Montmorillonite معدن Dioctahedral وذكرنا ذلك بان الالومنيوم الثلاثي والحديد الثلاثي في طبقه Octa Hedrl ولايوجد احلال في طبقه Si tetrahedral
.. اذن استنتج ان مصدر الشحنه السالبه ( Octa hedral) للتوضيح اكثر انه يحدث الحديد والمغنيسوم يحل محل جزء من Al في طبقه Octahedral .. اذن مصدر الشحنه هو Isomorpus substitution الاحلال المتماثل (ان شاء الله اضع لينك يوضح مالمقصود بالاحلال المتماثل والسعه التبادليه الكاتيوينه)
تفضل اللينك اضغط هنا لا اله الا الله
لو جينا تحدثنا في حاله kaolinite الذي يحدث ان بيكون ايونات الهيدروكسيل في sheet الالومينا مقابل Opposite لايونات الاكسجين في sheet السليكا تتراهيدرا لذلك فهو غير متمدد .. لكن لما نتكلم عن Montmorillonite ايونات الهيدروكسل داخل المعدن غير مواجهه لايونات الاكسجين في طبقه السليكا لذلك فالمعدن قابل للتمدد ..
في معادن 2:2 مثل Chlorite وهنكتفي بهذا القدر من هذة الدراسه ..

بالنسبه للسؤال The physical and chemical properties of a particular clay mineralare dependent on its structure and composition
دلوقتي هو سيادتك General يعني سؤال عام ليست الاجابه في سطور او في ورقه او ماشابه في راي ..علشان السؤال دة الاجابه تكون سليمه لابد من دراسه كيمياء التربه وطبيعه التربه وغرويات التربه (فرع من فروع physical chemistery) ومعادن التربه وجيولجيا .. وفي النهايه بكون soil water plant interaction .. فانا الحقيقه مشعارف هل سيادتك مهندسه اراضي ويكون الهدف من الدراسه هو تحسين سلوك وخواص التربه فلذلك تتم دراسه المعادن والكيمياء للاسفادة بهذا الغرض .. لان بصراحه استيف كبير جدا بيشتغل في soil Clays are utilized in the process industries, in agricultural applications,in engineering and construction applications, in environmentalremediations, in geology, and in many other miscellaneous applications. .. يعني مثلا المدني مختلف عن الجيولجي او المختص بدراسه معادن الطين وهكذا .. فياريت حضرتك تعطينا فكرة عن المقرر بالظبط معرفته فاجاباتي ستكون من حكم زراعي مختص بالتربه والهدف دراسه معادن التربه(تحسين بيئه نمو النبات) لزيادة الانتاجيه من التربه .. فتقتصر دراستنا علي الخصوبه والتسميد واستصلاح الاراضي وتغذيه النبات والري والصرف الزراعي وتحاليل التربه والنبات والمياة الكيميائيه والبيولجيه والطبيعيه مع العلم مسبقا بهذة الدراسات لانها تفيد الباحث في اختيار التسميد المناسب لتحسين الخواص الطبيعيه واشياء اخري كثيرة جدا..بالنسبه لاجابه سؤال سيادتك .. The physical and chemical properties of a clay are related to its structure and compositionand on the type of processing used to beneficiate the clay product.. كل معدن مختلف عن المعدن الاخر له تركيب كيميائي وبلوري خاص به وعليه بيتحدد السلوك الفيزيكوكيميكو .. وبنجد سلوكه هنا كمختصين اراضي ازاي ؟ مثلا... الاراضي الرمليه .. الرمل هوعبارة عن الكوارتز صفات هذا المعدن مقاوم للتحلل كما ذكر والصفات لهذة التربه الرمليه انها لا تحتفظ بالماء .. نفاذيه عاليه .. سعه تبادليه كاتيونيه منخفضه .. لاتحتفظ بالعناصر الغذائيه ..خصوبه منخفضه .. تحتاج التسميد باستمرار ..صفاتها بتكون سيئه .. اذن بيعني ذلك ان العامل المحدد للخواص الطبيعيه او الكيميائيه للتربه بيتوقف علي نوعيه المعدن والتركيب المينرولجي والبلوري للمعدن ..وليكن التربه الطينيه مكونه من معادن الطين منها ماهو Expanding او غير متمدد.. تحتفظ بالماء وتحتفظ بالعناصر الغذائيه ..قد تكون النفاذيه سيئه .. قد تكون بها طبقات صماء اي ان المسافات البينيه او porespace ضيقه جدا ..فلا تسمح بمرور الماء والهواء وبالتالي يحدث اختناق للجذور فيموت النبات ...
طبعا الكلام دة مبني علي درسات كيميائيه ومينرولجيه وطبيعيه للتربه وبالتالي بتتكون العلاقات كما ذكرت ..فيوجد مجموعه من التقديرات او الاختبارات في المعمل والتي تحدد لي نوعيه التربه ودرجه قوام التربه والبناء والنفاذيه والسطح النوعي ومعدل الرشح والتوصيل الهيدروليكي وتقديرات الكثافات ظاهريه او الحقيقيه بنعرف منها سلوك وخواص التربه وهي ليست معقدة بالدرجه التي يراها البعض ولكن كل دراسه لها هدف معين ..بيختلف من تخصص الي تخصص اخر ..ولكن هناك اساسيات متفق عليها من الجميع بلا استثناء في الدراسات التي تتعلق بمعادن الطين ..يعني مثلا يمكن فتحت دلوقتي مرجع بيختص بدراسه Physical Chemistry and Mneralogy of Soils ومحتويات المرجع وانا للاسف مقدرش اقول كل الدراسات اللي احنا بندرسها في التربه ..كبيرة جدا .. لكن احاول الخص .. بيتناقش في
1 - Physical chemistry in it s application to soil system
2 - Mineralogy and chemistry of sand and silt
3 - Tthe collodial minerals of soil
4 - The nature and physico chemical properties of soil humic matter
5 - Molecular adsorption by soil materials
6 - Electrochemical properties of the clays
7 - Ionic exchange reactions
8 - Fixation reactions
9 - Electrokinetic and mechanical properties of clay suspensions and pastes
بالنسبه Soil COlloids بتتناول
1- Concept of colloidal systems and the definition of colloid chemistry as a science
2 - Collodidal systems
3- colloids and soil chemistry
4 - Mineral soil colloids
5 - Organic soil colloids
6- Ion exchange
7 - Solid phase surface soil solution interaction
8 - Colloids and soil PH
هكتفي بهذا القدر اتمني الاستفادة ولو بجزء صغير جدا وبخصوص المصادر بتعتمد عليها .. بالنسبه للمراجع .. في مرجع لو فعلا الغرض دراسه معادن الطين .. المرجع دة اكثر من رائع .حوالي 8 فصول و189 صفحه . وفيه كل حاجه ان شاء الله .. والله هتدعيلي من الكتاب ..

اضغط هنا
لا اله الا الله
بالنسبه للمواقع علي هذة الرابط جميع المواقع المختصه ب Soil sciences
لا اله الا الله
وشكرا لكم ونتمني كل التوفيق باذن الله للجميع ..

[elmasry13743]

الله ينور عليك على المجهود الفظيع اللي أنت عمله

[zeidan]

شيء طيب يدل على طيبه كاتبه
الله ينور دربك