Obecné rysy
Struktura jílových minerálů byla z velké části určena metodami rentgenové difrakce. Základní rysy hydrosilikátů byly odhaleny různými vědci včetně Charlese Mauguina, Linuse C. Paulinga, W. W. Jacksona, J. Westa a Johna W. Grunera v průběhu konce 20. až poloviny 30. let 20. století. Tyto prvky jsou souvislé dvourozměrné tetraedrické listy složení Si2O5, přičemž tetraedry SiO4 (obrázek 1) jsou spojeny sdílením tří rohů každého tetraedru a vytvářejí šestihrannou síť (obrázek 2A). Často jsou atomy křemíku tetraedrů částečně nahrazeny hliníkem a v menší míře železem. Vrcholový kyslík ve čtvrtém rohu tetraedrů, který obvykle směřuje normálně k listu, tvoří část sousedního oktaedrického listu, v němž jsou oktaedry spojeny společnými hranami (obrázek 3). Spojovací rovina mezi tetraedrickými a oktaedrickými listy se skládá ze sdílených vrcholových atomů kyslíku tetraedrů a nesdílených hydroxylů, které leží ve středu každého hexagonálního kruhu tetraedrů a na stejné úrovni jako sdílené vrcholové atomy kyslíku (obrázek 4). Běžnými kationty, které koordinují oktaedrické listy, jsou Al, Mg, Fe3+ a Fe2+; příležitostně je ve značném množství zastupují Li, V, Cr, Mn, Ni, Cu a Zn. Pokud jsou v oktaedrických listech dvojmocné kationty (M2+), je složení M2+/3 (OH)2O4 a všechny oktaedry jsou obsazeny. Jsou-li v nich trojmocné kationty (M3+), je složení M3+/2 (OH)2O4 a obsazeny jsou dvě třetiny oktaedrů, přičemž třetí oktaedr chybí. První typ oktaedrického listu se nazývá trioktaedrický a druhý dioktaedrický. Pokud jsou ve složení oktaedrických listů všechny aniontové skupiny hydroxylové ionty, lze výsledné listy vyjádřit pomocí M2+(OH)2, respektive M3+(OH)3 . Takové listy, nazývané hydroxidové listy, se vyskytují jednotlivě, střídavě s křemičitanovými vrstvami v některých jílových minerálech. Brucit, Mg(OH)2, a gibbsit, Al(OH)3, jsou typickými příklady minerálů s podobnou strukturou. Existují dva hlavní typy strukturních „páteří“ jílových minerálů nazývaných silikátové vrstvy. Jednotková silikátová vrstva vzniklá vyrovnáním jednoho oktaedrického listu k jednomu tetraedrickému listu se označuje jako silikátová vrstva 1:1 a obnažený povrch oktaedrického listu tvoří hydroxyly. U jiného typu se jednotková silikátová vrstva skládá z jednoho oktaedrického listu, který je obklopen dvěma tetraedrickými listy orientovanými v opačných směrech, a označuje se jako silikátová vrstva 2:1 (obrázek 5). Tyto strukturní rysy jsou však omezeny na idealizované geometrické uspořádání.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Reálné struktury jílových minerálů obsahují značné krystalové deformace a zkreslení, které vytvářejí nepravidelnosti, jako jsou deformované osmistěny a čtyřstěny spíše než mnohostěny se stranami rovnostranných trojúhelníků, ditrigonální symetrie modifikovaná z ideální hexagonální povrchové symetrie a zvlněné povrchy namísto plochých rovin tvořených bazálními atomy kyslíku tetraedrického listu. Jednou z hlavních příčin těchto deformací jsou rozměrové „neshody“ mezi tetraedrickým a oktaedrickým listem. Pokud tetraedrický list obsahuje pouze křemík v kationtovém místě a má ideální hexagonální symetrii, delší jednotkový rozměr v bazální rovině je 9,15 Å, což leží mezi odpovídajícími rozměry 8,6 Å gibsitu a 9,4 Å brucitu. Aby se tetraedrický list vešel do rozměru oktaedrického listu, střídající se tetraedry SiO4 se otáčejí (až do teoretického maxima 30°) v opačných směrech, čímž narušují ideální hexagonální soustavu na dvojnásobně trojúhelníkovou (ditrigonální) soustavu (obr. 2B). Tímto mechanismem deformace se mohou tetraedrické a oktaedrické listy širokého spektra složení vzniklé iontovými substitucemi spojovat a udržovat silikátové vrstvy. Mezi iontovými substitucemi ovlivňují geometrické konfigurace silikátových vrstev nejvýznamněji substituce mezi ionty výrazně odlišných velikostí.
Další významnou vlastností vrstevnatých silikátů, díky jejich podobnosti ve struktuře listů a hexagonální nebo téměř hexagonální symetrii, je, že struktury umožňují různé způsoby skládání atomových rovin, listů a vrstev, které lze vysvětlit krystalografickými operacemi, jako je translace nebo posun a rotace, čímž se odlišují od polymorfů (např. diamant-grafit a kalcit-aragonit). V prvním případě se jedná o jednorozměrné variace, ve druhém zpravidla o variace trojrozměrné. Různorodost struktur vzniklých v důsledku různých stohovacích sekvencí pevného chemického složení se označuje jako polytypy. Pokud je taková rozmanitost způsobena iontovými substitucemi, které jsou sice drobné, ale konzistentní, nazývají se polytypoidy.