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Calculation of Electrostatic Interlayer Bonding Energy and Lattice Energy of Polar Phyllosilicates: Kaolinite and Chlorite

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

P. Hartman
P. Hartman*
Affiliation:
Instituut voor Aardwetenschappen, Rijksuniversiteit Utrecht, Postbus 80021, 3508 TA Utrecht, the Netherlands
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Abstract

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The electrostatic lattice energy of polar phyllosilicates can be calculated when a correction term Ecorr equal to -2πμ2/V is taken into account, where μ is the dipole moment of a slice d(001) and V is the molecular volume. The interlayer bonding energy can be obtained by Giese's method, if the energy of separation of the layers over a distance A is plotted againts 1/[d(001) + Δ]. Thus, for a polar chlorite the interlayer bonding energy is 69.8 kJ/unit cell. Using the Madelung method, the interlayer bonding energy of slices of kaolinite having a thickness of d(001) is 84 kJ/mole. Similarly the interlayer bonding energy of slices having a thickness d(020) is 2520 kJ/mole. To avoid the instability of the outer slices of the crystal caused by the cooperating dipole moments of all slices, the hypothesis was made that the atoms have in reality reduced charges and that the charge reduction is such that the dipole moment becomes zero. The adopted charges lower the interlayer bonding energy to as little as 14 kJ/mole. The interlayer interaction of slices of fluorkaolinite with thickness d(001) is repulsive. Crystals of a polar chlorite must be bounded either by incomplete hydroxide layers or by layers onto which charge-compensating anions are adsorbed. Polarity makes cleavage in chlorite more difficult.

Резюме

Резюме

Электростатическая энергия решетки полярных филлосиликатов может быть рассчитана, если учесть коррекционный член Экорр равный -2πμ2/V, где μ является дипольным моментом ломтика d(001) и V является молекулярным объемом. Энергия межслойной связи может быть получена при помощи метода Гиса, если энергию разделения слоев на расстоянии Δ представить графически как функцию l/[d(001) + Δ]. Таким образом энергия межслойной связи молярного хлорита равна 69,8 кДж/элементарная ячейка. Используя метод Моделунга было найдено что энергия межслойной связи ломтиков каолинита толщиной d(001) равна 84 кДж/моль, а энергия межслойной связи ломтиков толщиной d(002) равна 2520 кДж/моль. Для избежания нестабильности внешних ломтиков кристалла, вызванной взаимодействием дипольных моментов всех ломтиков была предложена гипотеза, что в действительности атомы имеют уменьшенные заряды и это уменьшение такое, что дипольный момент становится равным нулю. Принятые заряды снижают энергию межслойной связи до величины так малой как 14 кДж/моль. Межслойное взаимодействие ломтиков флюоркаолинита толщиной d(001) является отталкивающимся. Кристаллы полярного хлорита должны быть связаны или незаполненными гидроокисными слоями или слоями, на которых адсорбируются зарядо-компенсирующие анионы. Полярность делает кливажв в хлорите более трудным. [E.G.]

Resümee

Resümee

Die elektrostatische Gitterenergie polarer Schichtsilikate kann berechnet werden, wenn ein Korrekturtem EKorr gleich -2πμ2/V berücksichtigt wird, wobei μ das Dipolmoment einer Schicht d(001) und V das Molvolumen ist. Die Zwischenschichtbindungsenergie kann mit Hilfe der Giese-Methode erhalten werden, wenn man die Trennungsenergie der Schichten über einen Abstand Δ gegen l/[d(001) + Δ] aufträgt. Damit ergibt sich für einen polaren Chlorit eine Zwischenschichtbindungsenergie von 69,8 kJ/Einheitszelle. Wenn man die Madelung-Methode verwendet, beträgt die Zwischenschichtbindungsenergie von Kaolinitschichten parallel zu d(001) 84 kJ/Mol, während die Zwischenschichtbindungsenergie von Schichten parallel zu d(020) 2520 kJ/Mol beträgt. Um die Instabilität äußerer Schichten des Kristalls, die durch die zusammenwirkenden Dipolmomente aller Schichten verursacht wird, zu berücksichtigen, wurde die Annahme gemacht, daß die Atome in Wirklichkeit reduzierte Ladungen haben, und daß die Ladungsverminderung derartig ist, daß das Dipolmoment null wird. Die angenommenen Ladungen verringern die Zwischenschichtbindungsenergie auf den sehr geringen Wert von 14 kJ/Mol. Die Zwischenschichtwechselwirkung der Schichten von Fluorkaolinit parallel zu d(001) ist abstoßend. Kristalle von einem polaren Chlorit müssen entweder durch unvollständige Hydroxidlagen begrenzt werden oder durch Lagen, auf denen ladungskompensierende Anionen adsorbiert sind. Die Polarität erschwert die Spaltung von Chlorit. [U.W.]

Résumé

Résumé

L’énergie électrostatique de treillis de phyllosilicates polaires peut être calculée lorsqu'on tient compte d'un terme de correction Ecorr égal à - 2ΠgM2/V, où μ, est le moment dipôle d'une tranche d(001) et V est le volume moléculaire. L’énergie de liaison intercouche peut être obtenue par la méthode de Giese, si l’énergie de séparation des couches sur une distance Δ est relevée vis à vis de l/[d(001) + Δ]. Ainsi, pour une chlorite polaire l’énergie de liaison intercouche est 69,8 kJ/maille mère. En utilisant la méthode Madelung, l’énergie de liaison intercouche de tranches de kaolinite d'une épaisseur de d(001) est 84 kJ/mole. De même, l’énergie de liaison intercouche de couches ayant une épaisseur de d(020) est 2520 kJ/mole. Pour éviter l'instabilité des couches externes du cristal causée par les moments dipôles coopérants de toutes les tranches, on a posé l'hypothèse que les atômes ont en réalité des charges réduites et que la réduction de charge est telle que le moment dipôle devient zéro. Les charges adoptées baissent l’énergie de liaison intercouche jusqu’à une valeur aussi basse que 14 kJ/mole. L'interaction intercouche de tranches du fluor-kaolinite d'une épaisseur d(001) est répulsive. Les cristaux d'une chlorite polaire doivent être limités soit par des couches hydroxide incomplètes ou par des couches sur lesquelles des anions compensant la charge sont adsorbés. La polarité rend le clivage de la chlorite plus difficile. [D.J.]

Keywords

ChloriteElectrostatic energyInterlayer bondingKaoliniteLattice energy
Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 31 , Issue 3 , June 1983 , pp. 218 - 222
Copyright
Copyright © 1983, The Clay Minerals Society

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