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Argille di Ilaria e Giorgio Melandri

Ho fatto un piccolo sondaggio domandando in parecchie aziende del settore cosa fosse una "terra allofana" e in tutti i casi, anche dove questa tipo di terra è un prodotto aziendale, la risposta è stata non lo so.

 

La preparazione del volume "L'acquario per le piante" della collana "I quaderni di hydra" è stata l'occasione per provare ad approfondire l'argomento cercando di spiegare che cosa è una argilla e qual è il meccanismo che le consente di catturare cationi o, nel caso appunto delle terre allofane o argille amorfe, di non catturarli. Per approfondire questo tema ho coinvolto mia sorella Ilaria che con la sua laurea in scienze geologiche ha saputo darmi diverse informazioni fondamentali in modo molto chiaro e preciso.

 

Un'ultima considerazione riguarda l'abbondante letteratura che sulle argille si può reperire a Faenza da sempre città legata alla produzione di ceramica e quindi obbligata a ragionare sul materiale di partenza, l'argilla appunto.

Per chiudere queste righe introduttive vorrei ringraziare Fabrizio Lattuca che con il suo testo sul fondo preparato per il quaderno di hydra dedicato alle piante mi ha coinvolto in un ragionamento approfondito sui materiali, ragionamento che, lui non lo sa, ha innescato in me tante curiosità e tante domande. Lui è stato molto bravo a spiegare tutto, a mia sorella ed a me è rimasta la voglia di spiegare meglio come è fatta una argilla e perché riesce a scambiare e/o adsorbire ioni.

 

Che cosa è un'argilla?

 

Il termine argilla identifica un sedimento non litificato, ovvero incoerente, composto da minerali a granulometria particolarmente fine, cioè inferiore a 2 μm di diametro. Questo tipo di sedimento è costituito da minerali diversi che hanno in comune la struttura di base del reticolo cristallino e la genesi, ma si differenziano anche in modo sostanziale per la presenza di ioni differenti all'interno del reticolo stesso.

Per capire il motivo di queste differenze occorre analizzare il percorso che porta alla formazione di questo tipo di minerali. I minerali argillosi sono infatti il frutto dell'alterazione di rocce silicatiche (per esempio un granito), alterazione causata da esposizione a eventi meteorici e ambienti con caratteristiche chimiche aggressive: pertanto i minerali argillosi si formano riutilizzando il materiale disponibile dalla disgregazione della roccia di partenza.

Ogni minerale di partenza è costituito da ioni che rispettano una precisa architettura e formano il reticolo cristallino, distinguibile dagli altri per forma e/o dimensioni (distanza tra gli ioni).

 

La genesi di una argilla è fortemente condizionata dall'ambiente (temperatura, pressione, condizione chimico-fisiche) nel quale avviene, ma soprattutto è condizionata dalla disponibilità di ioni che vanno a formare il reticolo cristallino, ioni che si rendono disponibili a causa dello smantellamento della struttura cristallina del minerale di partenza.

 

La struttura base originale della roccia silicatica di partenza, cioè il tetraedro, in virtù della sua grande stabilità, viene riutilizzato probabilmente intero o parzialmente compromesso, ad esempio con il catione silicio sostituito da un catione alluminio.

Nel reticolo cristallino dei minerali della roccia di partenza le cariche elettriche degli ioni si equilibrano, formando una struttura sostanzialmente neutra.La formazione dei minerali argillosi, frutto di numerose alterazioni, restituisce minerali che hanno dei buchi nel reticolo cristallino e spesso infatti, come già detto, al posto di uno ione ne entra un altro, di diverse dimensioni e soprattutto con carica elettrica diversa. Il risultato è un cristallo di minerale argilloso "imperfetto", nel quale gli ioni non sono completamente equilibrati: proprio questa imperfezione rende i minerali argillosi interessanti.

Il reticolo cristallino di un minerale argilloso è sempre costituito da un'alternanza di strati di tetraedri (delle piramidi) e ottaedri (doppie piramidi unite per la base). Gli ioni occupano i vertici e le cavità centrali di queste figure geometriche: la presenza di ioni diversi da quelli che dovrebbero formare il cristallo perfetto provoca delle cariche elettriche sulla superficie degli strati. Queste cariche possono attirare ioni presenti nell'acqua e trattenerli nello spazio tra gli strati con legami deboli facilmente scindibili (per esempio da una pianta che cerca nutrimento).

Questo modo di legare ioni non è il solo possibile, ma è quello più rapido, quantitativamente più rilevante ed è quello interessante per le piante.

L'altro metodo che una argilla ha di legare ioni è conseguenza della caratteristica fondamentale dei cristalli imperfetti di potere scambiare gli ioni del reticolo. In questa circostanza lo scambio è più difficile rispetto al caso precedente, ma possibile in quanto il reticolo cristallino tende sempre alla perfezione, e, se sono presenti disponibilità di ioni e condizioni chimico-fisiche idonee, il cristallo si "ristruttura", facendo entrare lo ione più idoneo e liberando nell'acqua quello che rendeva la struttura non perfettamente equilibrata. La sostituzione del catione nel reticolo richiede tempi molto lunghi, possiamo dire geologici.

 

Esiste una misura della capacità di una argilla di scambiare cationi (ioni con carica positiva) e questa capacità si chiama CEC (Cation Exchange Capacity): più è alta la CEC più una argilla avrà la capacità di immagazzinare cationi che rimangono sì legati, ma pur sempre potenzialmente disponibili per le piante.

 

In natura sono presenti innumerevoli tipologie di minerali argillosi, che essendosi formati in ambienti diversi, presentano formule chimiche alquanto diverse: questi minerali possono essere utilizzati in situazioni nelle quali si ha la necessità di attivare scambi ionici, catturando ioni liberi e rendendone disponibili altri.

 

Un ulteriore vantaggio nell'utilizzo delle argille per lo scambio ionico è costituito dalla granulometria particolarmente fine dei minerali argillosi: anche una piccola massa ha una superficie specifica elevatissima, quindi anche utilizzandone quantità ridotte è possibile ottenere uno scambio ionico elevato.

 

Dal punto di vista mineralogico, le argille sono generalmente costituite da un ristretto numero di minerali silicei, la maggior parte dei quali è costituita essenzialmente da due unità strutturali sistemate in modo da formare strati paralleli uniti tra loro da legami chimici.

 

Tali unità strutturali sono, come già detto, il tetraedro formato da uno ione Si4+ (al centro del tetraedro) circondato da quattro ioni O2- (ai vertici e condivisi con il tetraedro contiguo) e l'ottaedro formato da uno ione Al4+ (al centro dell'ottaedro) circondato da quattro ioni OH- esclusivi e da due O- condivisi come punte dei due tetraedri contigui).

 

La ripetizione bidimensionale delle unità tetraedriche e ottaedriche di questi strati dà origine alla forma lamellare della maggior parte delle argille. Il binomio regolarità della struttura insieme alle imperfezioni costruisce la capacità delle argille di legare cationi.

 

Esiste però un caso dove la CEC è molto bassa (25-50 contro i 100-150 della Vermiculite, per prendere un esempio) vicina allo zero e questo caso è costituito dalle argille allofane, cioè dalle argille amorfe, argille così alterate che non è più riconoscibile una struttura ordinata (cristallina) e sussiste solo un ordine atomico consistente nella coordinazione tetraedrica degli ioni silicio e ottaedrica per gli altri ioni metallici.

 

argille-01

Pacchetti T:O (tetraedro, ottaedro)

 

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Pacchetti T:O:T, ovvero la struttura più comune nelle argille. Da notare lo spazio interstrato dove si vanno a collocare gli ioni adsorbiti.

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