[토양학] 토양화학 (토양교질물 - 점토광물, 점토광물의 기본구조, 규산염점토광물)

점토광물 (clay minerals)

지름(입경)이 2mm 이하인 토양 무기광물.
대부분 2차광물(1차 광물의 풍화산물),표면에 +/- 전하, 이온/물 흡착
토양에서 발견되는 점토크기의 특정광물

- 1차 광물 : 화학적으로 변하지 않는것 (석용, 장석, 휘석, 운모, 각섬석, 감락석 등)
- 2차 광물 : 1차 광물의 풍화과정으로 생기는 새로운 광물 (규산염광물, 금속산화물, 금속 수산화물, 비결정광물, 황산염 또는 탄산염광물)

* 규산염광물 : kalinite, montmorillonite, vermiculite, illite, chlorite
* 금속산화물 : gibbsite, goethite
* 비결정형광물 : imogolite, allophone

<점토의 종류>

1) 층상 규산질 점토광물 :

- 온대지역, layerlike, crystalline구조, '-'전하
ex) kaolinite, smectite, vermiculite, illite, chlorite

2) 철/알루미늄 산화물 (Fe& Al oxide clay) :

- 열대 / 아열대 지역, Ultisols, Oxisols 의 주성분

- 층상 규산질 점토광물만큼 sticky, plastic 하지 않음

ex) geothite, hematite, gibbsite

3) 비결정형 점토광물 : 결정을 이루지 못함 (비정질 or 무정질)

- 화산재로부터 유래한 토양의 주성분

ex) allophane & imogolite

4) humus(부식) : 표면의 '-'전하 주위에 많은 양이온 흡착

- 비결정질로 교질특성 강함.

- 흡착능력이 층상규산질 점토보다 훨씬 큼

- 등전점이 3정도로 낮으므로 pH3이상이면 순음전하를 가짐(따라서, pH가 높아질수록 순음전하도 증가함)

점토광물의 기본구조

참고) 토양의 분류체계

- 구체계의 분류체계 : 생성, 토양형태, 절충적
- 신체계의 분류체계 : 해설적분류체계, 이용목적, 생산력, 관리/개량대책의 유사성별, 실용적가지 측면을 중심으로 분류

참고) 지각의 구성물질

O(46.7%) -> Si(27.7%) -> Al(8.1%) -> Ca(3.7%) -> Na(2.8%) -> K(2.1%) -> Mg(2.1%)

1. 규소사면체

- 지각을 구성하고 있는 원소들 중에서 가장 흔한 원소인 규소(Si)와 산소(O)로 이루어진 규산염광물이 토양의 대부분을 차지함.

- 이들 광물의 기본구조는 규소사면체(SiO4)

2. 알루미늄 팔면체

- 규소사면체와 함께 알루미늄팔면체가 규산염광물을 구성하는 단위구조이다.

- 알루미늄을 중심으로 양이온으로하고 6개의 산소가 결합하여 8개의 면을 가지는 구조.

- 팔면체 내부 공간에 위치하는 중심 양이온으로는 주로 Al3+이 들어가지만, Fe2+, Mg2+ 이 대신 들어가기도 함.

- 꼭지점의 산소에 수소(H+)가 결합하여 -1가의 수산이온(OH-)이 되면 음전하를 줄인다.

3. 동형치환(isomorphic substitution)

광물 생성단계에서 정상적인 중심 양이온 대신 다른 양이온이 치환되어 들어가는 현상을 "이온치환" 이라함.
=> 치환이후에도 광물의 구조에 변화가 없으면 "동형치환"

규산염 점토광물

▶ 1차광물

용암응결과정으로 결정화 된 이후 화학적변화가 없는 광물

<주요 1차광물>

- 석영 (1:2) : 가장 치밀한 구조, 전기적으로 안정 (모래)
- 백운모(2:5)
- 흑운모(2:5) : 알루미늄8면체 중 Al3+가 Fe2+나 Mg2+로 치환
- 장석류 (정장석, 사장석, 조장석)
- 각섬석류(4:11) : 국내에서 가장 쉽게 발견됨
- 휘석류(1:3) : 쉽게풍화 (경질의 광물)
- 감람석(1:4) : 가장 간단한 구조, 풍화쉬움

▶ 2차 광물