粘土矿物是一组不同的含水层状铝硅酸盐，构成了层状硅酸盐矿物家族的大部分。地质学家通常将它们定义为颗粒尺寸小于2毫米的含水层状铝硅酸盐，而工程师和土壤科学家将粘土定义为任何小于4毫米的矿物颗粒。然而，粘土矿物通常在至少一个维度上大于2毫米，或者甚至4毫米。粘土矿物的体积小，表面积与体积比大，赋予粘土矿物一系列独特的特性，包括高阳离子交换能力、催化性能和潮湿时的塑性行为。

粘土矿物是细粒沉积物和岩石（泥岩、页岩、粘土岩、粘土粉砂岩、粘土渗出物和泥质岩）的主要成分。它们是土壤、湖泊、河口、三角洲和覆盖地球表面大部分区域的海洋沉积物的重要组成部分。它们也存在于几乎所有的沉积岩中，其露头大约覆盖了地球陆地表面的75%。在土壤中或通过风化形成的粘土主要反映气候、排水和岩石类型。现在人们认识到，作为泥岩很少会保存这些组合，而海洋沉积物中的粘土组合不应该像过去那样，仅仅用气候来解释。事实上，沉积物和沉积岩中的大多数粘土都是由较老的含粘土沉积物改造而成的，而且许多在地球表面是亚稳态的。这并不排除在地层关联中使用粘土，它确实可以用于种源研究。一些粘土，特别是富含铁的粘土，在地球表面通过转化现有的粘土或从溶液中形成。这些粘土是有用的环境指标，只要它们不被重新加工。

粘土结构与化学

粘土可以设想为由四面体片和八面体片组成，四面体的通式是T₂O₅，其中T主要是Si⁴，但Al³⁺经常(和Fe³⁺较少)取代它。如果不被取代的阳离子扭曲，四面体具有六边形排列。

(A)四面体配位阳离子多面体；(B)八面体配位阳离子多面体；(C)连接的八面体和四面体多面体。

边连接四面体的六边形排列

八面体薄片由两个平面的紧密排列的氧离子层组成，阳离子占据了两个平面之间的八面体位置。阳离子最常见的是Al³⁺、Fe³⁺和Mg²⁺，但也可能出现其他过渡元素的阳离子。通过连接一个四面体和一个四面体形成的复合层八面体片材被称为1:1层。在这样的层中，八面体层中阴离子的最上面的非共享平面完全由OH基团组成。一个八面体层夹在两个四面体层之间(两个四面体都指向八面体层)的复合层被称为2∶1层。云母和绿泥石家族的2:1粘土具有由平行于c轴的堆积差异定义的多种多型体。如果1:1或2:1层不是静电中性的(由于三价阳离子取代Si⁴⁺或二价阳离子取代三价阳离子),则层电荷被夹层材料中和。这些可以是阳离子(最常见的是k⁺、Na⁺或NH⁴⁺)、水合阳离子(最常见的是Mg²⁺、Ca²⁺或Na⁺)或单片氢氧化物八面体基团(Al(OH)₃或Mg(OH)₂)。这些类别大致与粘土的伊利石、蒙脱石和绿泥石-蛭石家族一致。很明显，不同类型的层间阳离子会直接影响层间结合001维粘土晶胞的厚度。这种性质，加上层间阳离子易于水合或将与有机化合物相互作用，在X射线衍射(XRD)中被广泛用于鉴别粘土矿物。

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