La química de las arcillas es una subdisciplina aplicada de la química que estudia las estructuras químicas , las propiedades y las reacciones de las arcillas y los minerales arcillosos o que los involucran . Es un campo multidisciplinario que involucra conceptos y conocimientos de la química inorgánica y estructural, la química física, la química de los materiales, la química analítica, la química orgánica, la mineralogía, la geología y otros.
El estudio de la química (y física) de las arcillas y minerales arcillosos es de gran relevancia académica e industrial ya que se encuentran entre los minerales industriales más utilizados, siendo empleados como materias primas (cerámica, alfarería, etc.), adsorbentes, catalizadores, aditivos, cargas minerales, medicamentos, materiales de construcción y otros.
Las propiedades únicas de los minerales arcillosos, incluyendo: construcción en capas a escala nanométrica, presencia de cargas fijas e intercambiables, posibilidad de adsorber y alojar (intercalar) moléculas, capacidad de formar dispersiones coloidales estables , posibilidad de modificación química personalizada de superficies y capas intermedias y otras, hacen del estudio de la química de la arcilla un campo de investigación muy importante y extremadamente variado.
El comportamiento físico-químico de los minerales arcillosos afecta a muchos campos y áreas de conocimiento distintos, desde las ciencias ambientales hasta la ingeniería de procesos químicos, desde la cerámica hasta la gestión de residuos nucleares.
Su capacidad de intercambio catiónico (CIC) es de gran importancia en el equilibrio de los cationes más comunes en el suelo (Na + , K + , NH4 + , Ca2 + , Mg2 + ) y en el control del pH, con impacto directo en la fertilidad del suelo . También juega un papel importante en el destino de la mayor parte del Ca2 + que llega desde la tierra (agua de los ríos) a los mares. La capacidad de cambiar y controlar la CIC de los minerales arcillosos ofrece una valiosa herramienta en el desarrollo de adsorbentes selectivos con aplicaciones tan variadas como sensores químicos o sustancias de limpieza de la contaminación para aguas contaminadas, por ejemplo.
El conocimiento de las reacciones de los minerales arcillosos con el agua (intercalación, adsorción, dispersión coloidal, etc.) es indispensable para la industria cerámica (plasticidad y control de la fluidez de las mezclas cerámicas crudas, por ejemplo). Dichas interacciones influyen también en un gran número de propiedades mecánicas de los suelos, siendo estudiadas con atención por los especialistas en ingeniería de la construcción y edificación.
Las interacciones de los minerales arcillosos con las sustancias orgánicas del suelo también desempeñan un papel vital en la fijación de nutrientes y la fertilidad, así como en la fijación o lixiviación de pesticidas y otros contaminantes. Algunos minerales arcillosos ( caolinita ) se utilizan como material portador para fungicidas e insecticidas .
La erosión de muchos tipos de rocas produce minerales arcillosos como uno de sus últimos productos. La comprensión de estos procesos geoquímicos también es importante para comprender la evolución geológica de los paisajes y las propiedades macroscópicas de las rocas y los sedimentos. La presencia de minerales arcillosos en Marte , detectada por la sonda Mars Reconnaissance Orbiter en 2009, fue otra prueba contundente de la existencia de agua en el planeta en eras geológicas anteriores.
La posibilidad de dispersar partículas minerales arcillosas a escala nanométrica en una matriz de polímero , con la formación de un nanocompuesto inorgánico-orgánico , ha impulsado un gran resurgimiento en el estudio de estos minerales desde finales de la década de 1990.
Además, el estudio de la química de la arcilla también es de gran relevancia para la industria química, ya que muchos minerales arcillosos se utilizan como catalizadores , precursores de catalizadores o sustratos de catalizadores en varios procesos químicos, como catalizadores automotrices y catalizadores de craqueo de petróleo. [1] [2] [3] [4] [5] [6]