ESTRUCTURA DE LOS FILOSILICATOS

Emilia García Romero

La unidad estructural básica de los filosilicatos son tetraedros de silicio y oxígeno (SiO)₄^4- (Figura 1a). Dichos tetraedros se unen compartiendo tres de sus cuatro oxígenos con otros vecinos formando capas, de extensión infinita y fórmula (Si₂O₅)^2- (capa tetraédrica), que constituyen la unidad fundamental de los filosilicatos. En ellas los tetraedros se distribuyen formando hexágonos, como puede verse en las figuras 1b y 1c. El silicio tetraédrico puede estar sustituido, en parte, por Al³⁺ o Fe³⁺. Estas sustituciones isomórficas dan lugar a cargas libres.

Los oxígenos del cuarto vértice del tetraedro (oxígenos sin compartir u oxígenos apicales), se dirigen perpendicularmente a la capa y forman parte de una capa octaédrica adyacente, formada por octaedros de grupos OH^- que se unen compartiendo las aristas (fig. 1 d y e).

Figura 1

Los cationes de la capa octaédrica son, generalmente, Al³⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ o Fe³⁺ y más raramente Li, Cr, Mn, Ni, Cu o Zn. El plano de unión entre ambas capas está formado por los oxígenos de los tetraedros que se encuentran sin compartir con otros tetraedros (oxígenos apicales), y por grupos (OH)^- de la capa octaédrica, de forma que, en este plano, quede un (OH)^- en el centro de cada hexágono formado por 6 oxígenos apicales. El resto de los (OH)^- son reemplazados por los oxígenos de los tetraedros (Figura 2).

Una unión similar puede ocurrir en la superficie opuesta de la capa octaédrica. Así, los filosilicatos pueden estar formados por dos capas: tetraédrica más octaédrica, denominándose bilaminares, 1:1, ó T:O (Figura 2); o bien por tres láminas: una octaédrica y dos tetraédricas y se denominan trilaminares, 2:1 ó T:O:T (Figura 3). A la unidad formada por la unión de una capa octaédrica más una o dos tetraédricas se la denomina lámina (Figura 3).

Si todos los huecos octaédricos están ocupados, la lámina se denomina trioctaédrica (Mg²⁺ dominante en la capa octaédrica). Si dos tercios de las posiciones octaédrica están ocupadas y el tercio restante está vacante, se denomina dioctaédrica (el Al es el catión octaédrico dominante).

En algunos filosilicatos las láminas no son eléctricamente neutras debido a las sustituciones de unos cationes por otros de distinta carga (sustituciones isomórficas). El balance de carga se mantiene por la presencia, en el espacio interlaminar, o espacio existente entre dos láminas consecutivas, de cationes individuales (como por ejemplo en el grupo de las micas), cationes hidratados (como en las vermiculitas y esmectitas) o grupos hidroxilo coordinados octaédricamente, similares a las capas octaédricas, como sucede en las cloritas. A éstas últimas también se las denomina T:O:T:O ó 2:1:1. La unidad formada por una lámina mas la interlámina se denomina unidad estructural. Los términos plano, capa, lámina y unidad estructural tienen unos significados precisos y definen partes cada vez mayores de la disposición laminar. Los cationes interlaminares mas frecuentes son alcalinos (Na y K) o alcalinotérreos (Mg y Ca).

Las fuerzas que unen las diferentes unidades estructurales son más débiles que las existentes entre los iones de una misma lámina, por ese motivo todos los filosilicatos tienen una clara dirección de exfoliación, paralela a las láminas. Además algunos de ellos (esmectitas, cloritas hinchables, vermiculitas hinchables) son capaces de incluir cationes hidratados, agua y distintos líquidos polares en su espacio interlaminar, dando lugar a una mayor separación de las capas (aumento de su espaciado reticular) y por tanto hinchamiento.

También son arcillas la sepiolita y la paligorskita, a pesar de presentar diferencias estructurales con el resto de los filosilicatos. Estructuralmente están formadas por láminas discontínuas T:O:T (Figuras 4 y 5). A diferencia del resto de los filosilicatos, que son laminares, estos tienen hábito fibroso.

Los filosilicatos se clasifican (Tabla siguiente) atendiendo a que sean bilaminares o trilaminares y dioctaédricos o trioctaédricos, a la vez que cada grupo tiene una carga laminar característica.

	Dioctaédricos		TRIOCTAÉDRICOS		CARGA
T :O	Grupo de la Caolinita		Grupo de la Serpentina
T:O:T		Pirofilita		Talco
	Grupo de las Esmectitas	Montmorillonita	Grupo de las Esmectitas	Saponita	0.2-0.6
		Beidellita		Hectorita
		Nontronita		Estevensita
	Grupo de las Vermiculitas				0.6-0.8
	Illitas				0.9
	Grupo de las Micas	Moscovita	Grupo de las Micas	Biotita	1
		Paragonita		Flogopita
				Lepidolita
T:O:T:O	Grupo de las Cloritas
		Paligorskita		Sepiolita

Las esmectitas, a su vez, se clasifican en función de la carga en:

	Dioctaédricas	Trioctaédricas
Carga tetraédrica	Beidellita Nontronita (Fe)	Saponita
Carga octaédrica	Montmorillonita	Estevensita Hectorita (F,Li)

La mayor parte de las propiedades físico-químicas de las arcillas derivan de su morfología laminar (filosilicatos) y pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 micras), así como de las sustituciones isomórficas en las láminas que dan lugar a la aparición de carga en las mismas.

Los dos primeros factores conjugados producen, por una parte, un valor elevado de la superficie específica de estos materiales, y a la vez, la presencia de una gran cantidad de superficie activa, con enlaces no saturados. Por ello pueden interaccionar con muy diversas sustancias, en especial compuestos polares, entre los que el más importante es el agua.

Las consecuencias inmediatas son el comportamiento plástico en mezclas arcilla-agua con elevada proporción sólido/líquido y el hinchamiento o "sweling" con el desarrollo de propiedades reológicas en suspensiones acuosas.

Por otra parte, la existencia de carga en las láminas se compensa, como ya se ha citado, con la entrada en el espacio interlaminar de cationes débilmente ligados y con estado variable de hidratación, que pueden ser intercambiados fácilmente mediante la puesta en contacto de la arcilla con una solución saturada en otros cationes, a esta propiedad se la conoce como capacidad de intercambio catiónico y es también la base de multitud de aplicaciones industriales de las arcillas.

Debido a todas estas propiedades se emplean como materiales cerámicos, como materiales absorbentes (purificación de grasas, aceites, vinos, y otras sustancias, decoloración, soporte de compuestos activos, pesticidas, fertilizantes, desalación, etc.) o materiales con propiedades reológicas (lodos de perforación).

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