विभिन्न परत सिलिकेट क्ले के निर्माण के लिए सामान्य स्थितियां
सिलिकेट क्ले दो अलग-अलग प्रक्रियाओं द्वारा खनिजों की एक विस्तृत विविधता के क्ले से विकसित होते हैं:
चट्टानों और पानी का संपर्क क्ले पैदा करता है, या तो पृथ्वी की सतह पर या उसके पास (वेलडे, 1995 से / from Velde, 1995)।
चट्टान + पानी → क्ले
$\text{CO}_2$ गैस पानी में घुल सकती है और कार्बोनिक एसिड (carbonic acid) बना सकती है, जो हाइड्रोजन आयन ($\text{H}^+$) और बाइकार्बोनेट आयन बन जाएगी, और पानी को थोड़ा अम्लीय (slightly acidic) बना देगी।
$\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{CO}_3 \rightarrow \text{H}^+ + \text{HCO}_3^-$
अम्लीय पानी (acidic water) चट्टान की सतहों के साथ प्रतिक्रिया करेगा और फेल्डस्पार से $K$ आयन और सिलिका को भंग कर देगा। अंत में, फेल्डस्पार को काओलिनाइट में परिवर्तित दिया जाता है।
फेल्डस्पार + हाइड्रोजन आयन + पानी → क्ले (काओलिनाइट / kaolinite) + धनायन, घुलित सिलिका
$2\text{KAlSi}_3\text{O}_8 + 2\text{H}^+ + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Al}_2\text{Si}_2\text{O}_5(\text{OH})_4 + 2\text{K}^+ + 4\text{SiO}_2$
महीन दाने वाले अभ्रक और मैग्नीशियम युक्त क्लोराइट सिलिकेट्स के पहले के क्ले चरणों और काओलिनाइट और अंततः लोहे और एल्यूमीनियम ऑक्साइड सबसे उन्नत चरणों का प्रतिनिधित्व करते हैं।
चित्र: विभिन्न परत सिलिकेट क्ले और लोहे और एल्यूमीनियम के आक्साइड के निर्माण के लिए सामान्य स्थितियां।
महीन दाने वाले अभ्रक (Fine-grained micas), क्लोराइट, और वर्मीक्यूलाइट प्राथमिक एल्युमिनोसिलिकेट खनिजों के हल्के क्ले के माध्यम से बनते हैं, जबकि काओलिनाइट और लोहे और एल्यूमीनियम के आक्साइड बहुत अधिक तीव्र क्ले के उत्पाद हैं।
मध्यवर्ती क्ले तीव्रता की स्थितियां स्मेक्टाइट के निर्माण को प्रोत्साहित करती हैं। प्रत्येक मामले में, सिलिकेट क्ले की उत्पत्ति $K$, $Na$, $Ca$, और $Mg$ जैसे तत्वों के घोल में हटाने के साथ होती है।
विभिन्न परत सिलिकेट क्ले के निर्माण के लिए सामान्य स्थितियां
इन महत्वपूर्ण सिलिकेट क्ले को उनके पत्ते जैसे (leaf-like) या प्लेट जैसी संरचना के कारण फाइलोसिलिकेट्स (phyllosilicates - फाइलोन / Phyllon - पत्ता / leaf) के रूप में भी जाना जाता है।
ये दो प्रकार की क्षैतिज चादरों से बने होते हैं। एक सिलिकॉन द्वारा और दूसरा एल्यूमीनियम और/या मैग्नीशियम द्वारा हावी है।
सिलिका टेट्राहेड्रॉन: सिलिका-वर्चस्व वाली शीट (silica-dominated sheet) के लिए मूल निर्माण खंड एक इकाई है जो चार ऑक्सीजन परमाणुओं से घिरे एक सिलिकॉन परमाणु से बनी है। इसके चार-तरफा विन्यास (four-sided configuration) के कारण इसे सिलिका टेट्राहेड्रॉन कहा जाता है। साझा ऑक्सीजन आयनों द्वारा क्षैतिज रूप से एक साथ बंधे इन सिलिका टेट्राहेड्रा की एक इंटरलॉकिंग सरणी या एक श्रृंखला एक चतुष्फलकीय शीट देती है।
सिलिका टेट्राहेड्रॉन
एल्यूमिना ऑक्टाहेड्रॉन (Alumina octahedron): एल्युमिनियम और/या मैग्नीशियम आयन (Aluminium and/or magnesium ions) छह ऑक्सीजन परमाणुओं या हाइड्रॉक्सिल समूह से घिरे प्रमुख धनायन हैं जो आठ तरफा भवन खंड देते हैं जिसे ऑक्टाहेड्रॉन कहा जाता है। क्षैतिज रूप से एक साथ जुड़े कई ऑक्टाहेड्रा ऑक्टाहेड्रल शीट बनाते हैं।
एल्यूमिना ऑक्टाहेड्रॉन (Alumina octahedron)
एक एल्यूमीनियम-वर्चस्व वाली शीट (aluminum-dominated sheet) को डि-ऑक्टाहेड्रल शीट (di-octahedral sheet) के रूप में जाना जाता है, जबकि मैग्नीशियम द्वारा हावी एक को त्रि-ऑक्टाहेड्रल शीट (tri-octahedral sheet) कहा जाता है। अंतर इस तथ्य के कारण है कि एक डाय-ऑक्टाहेड्रल शीट (di-octahedral sheet) में दो एल्यूमीनियम आयन आसपास के ऑक्सीजन और हाइड्रॉक्सिल से उसी नकारात्मक आवेश को संतुष्ट करते हैं जैसे त्रि-ऑक्टाहेड्रल शीट (tri-octahedral sheet) में तीन मैग्नीशियम आयन।
टेट्राहेड्रल और ऑक्टाहेड्रल शीट सिलिकेट क्ले की मौलिक संरचनात्मक इकाइयाँ हैं। ये चादरें क्रिस्टल के भीतर साझा ऑक्सीजन परमाणुओं द्वारा विभिन्न परतों में एक साथ बंधी होती हैं। इन परतों में चादरों की विशिष्ट प्रकृति और संयोजन एक प्रकार की क्ले से दूसरी में भिन्न होते हैं और प्रत्येक क्ले के भौतिक और उर्वरकों को नियंत्रित करते हैं।
टेट्राहेड्रल और ऑक्टाहेड्रल शीट
सिलिकेट क्ले के निर्माण खंड और संरचनात्मक घटक
क्रिस्टल इकाइयों या परतों में मौजूद टेट्राहेड्रल (सिलिका) और ऑक्टाहेड्रल (एल्यूमिना-मैग्नेशिया) शीटों (tetrahedral (silica) and octahedral (alumina-magnesia) sheets) की संख्या और व्यवस्था के आधार पर, सिलिकेट क्ले को तीन अलग-अलग समूहों में वर्गीकृत किया गया है:
टेट्राहेड्रल और ऑक्टाहेड्रल शीट के मूल निर्माण खंड सिलिका टेट्राहेड्रॉन और एल्यूमीनियम ऑक्टाहेड्रॉन हैं।
$\text{Si}^{4+}$ धनायन ऑक्सीजन के साथ चार गुना और टेट्राहेड्रल समन्वय में होता है जबकि $\text{Al}^{3+}$ आमतौर पर छह गुना या ऑक्टाहेड्रल समन्वय में पाया जाता है।
परत सिलिकेट खनिजों को कभी-कभी धनायनों द्वारा कब्जा किए गए कुछ पदों की संख्या के आधार पर परिभाषित किया जाता है। जब ऑक्टाहेड्रल पदों का दो-तिहाई (two-thirds of the octahedral positions) हिस्सा भरा होता है, तो खनिज को डायऑक्टाहेड्रल कहा जाता है; जब सभी 3 पदों पर कब्जा कर लिया जाता है तो इसे ट्राइऑक्टाहेड्रल कहा जाता है।
1:1-प्रकार के खनिजों (1:1-type minerals) की परतें एक टेट्राहेड्रल (सिलिका) शीट के साथ एक ऑक्टाहेड्रल (एल्यूमिना) शीट से बनी होती हैं।
मिट्टी में (In soils), काओलिनाइट समूह सबसे प्रमुख 1:1 क्ले खनिज है, जिसमें काओलिनाइट, हेलोसाइट, नेक्राइट और डिकाइट शामिल हैं।
एक काओलिनाइट क्रिस्टल की एक परत में टेट्राहेड्रल और ऑक्टाहेड्रल शीट ऑक्सीजन परमाणुओं द्वारा कसकर एक साथ रखे जाते हैं, जो सिलिकॉन और एल्यूमीनियम धनायनों द्वारा उनकी संबंधित शीटों में परस्पर साझा किए जाते हैं।
ये परतें, परिवर्तिते में, हाइड्रोजन बॉन्डिंग द्वारा एक साथ रखी जाती हैं। नतीजतन, संरचना तय हो जाती है और क्ले को गीला करने पर परतों के बीच आमतौर पर कोई विस्तार नहीं होता है।
काओलिनाइट संरचना
धनायन और पानी 1:1 प्रकार के खनिज कण (mineral particle) की संरचनात्मक परतों के बीच प्रवेश नहीं करते हैं। काओलिनाइट की प्रभावी सतह इसके बाहरी चेहरों या इसके बाहरी सतह क्षेत्र तक ही सीमित है।
साथ ही, इस 1:1 प्रकार के खनिज में थोड़ा आइसोमॉर्फस प्रतिस्थापन है। न्यून सतह क्षेत्र और थोड़ा आइसोमॉर्फस प्रतिस्थापन के कारण धनायनों को सोखने की क्षमता भी न्यून होती है।
काओलिनाइट क्रिस्टल आमतौर पर आकृति में हेक्सागोनल होते हैं। अन्य क्ले कणों की तुलना में, वे आकृति में बड़े होते हैं। उनकी संरचनात्मक परतों के बीच मजबूत बंधन के कारण, काओलिनाइट कण आसानी से अत्यंत पतली प्लेटों में नहीं टूटते हैं। काओलिनाइट बहुत न्यून प्लास्टिसिटी (बहुत न्यून ढालने की क्षमता / very little plasticity), सामंजस्य (cohesion), संकोचन, और सूजन प्रदर्शित करता है।
इन खनिजों की क्रिस्टल इकाइयाँ (परतें) दो टेट्राहेड्रल शीट के बीच सैंडविच एक ऑक्टाहेड्रल शीट द्वारा विशेषता हैं। तीन सामान्य समूहों में यह मूल क्रिस्टल संरचना है।
विस्तार खनिज (Expanding Minerals): खनिजों का स्मेक्टाइट समूह उनके इंटरलेयर विस्तार और गीला होने पर सूजन के लिए जाना जाता है। पानी इंटरलेयर स्पेस में प्रवेश करता है और परतों को अलग कर देता है।
मोंटमोरिलोनाइट मिट्टी में इस समूह का सबसे प्रमुख सदस्य है। बेइडेलाइट, नॉन्ट्रोनाइट, और सैपोनाइट भी मिट्टी में पाए जाते हैं।
मोंटमोरिलोनाइट
स्मेक्टाइट के फ्लेक जैसे क्रिस्टल (flake-like crystals of smectite - उदा., मोंटमोरिलोनाइट / e.g., Montmorillonite) एक विस्तारित जाली 2:1 प्रकार के क्ले खनिज (clay mineral) से बने होते हैं। प्रत्येक परत दो टेट्राहेड्रल (सिलिका) शीट के बीच सैंडविच एक ऑक्टाहेड्रल शीट से बनी होती है।
एक इकाई की निचली टेट्राहेड्रल शीट और दूसरी इकाई की शीर्ष टेट्राहेड्रल शीट में ऑक्सीजन परमाणुओं के बीच बहुत न्यून आकर्षण होता है। यह परतों के बीच एक तैयार और परिवर्तनशील स्थान की अनुमति देता है, जिस पर पानी और विनिमेय धनायनों का कब्जा होता है।
यह आंतरिक सतह क्ले क्रिस्टल की बाहरी सतह से अधिक है। मोंटमोरिलोनाइट में, मैग्नीशियम ऑक्टाहेड्रल शीट के कुछ स्थानों पर एल्यूमीनियम की जगह लेता है। इसी तरह, टेट्राहेड्रल शीट में कुछ सिलिकॉन परमाणुओं को एल्यूमीनियम द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। ये प्रतिस्थापन एक नकारात्मक आवेश को जन्म देते हैं।
ये खनिज उच्च क्ले क्षमता, सूजन और संकोचन गुण दिखाते हैं। सूखने पर स्मेक्टाइट बहुल मिट्टी (smectite dominated soils - उदा., वर्टिसोल / e.g., Vertisols) में आमतौर पर चौड़ी दरारें बनती हैं। सूखे समुच्चय या ढेले बहुत कठोर होते हैं, जिससे ऐसी मिट्टी (such soils) को जोतना मुश्किल हो जाता है।
वर्मीक्यूलाइट भी 2:1 प्रकार के खनिज हैं जिसमें एक ऑक्टाहेड्रल शीट दो टेट्राहेड्रल शीट के बीच होती है। अधिकांश मिट्टी के वर्मीक्यूलाइट्स (most soils vermiculites) में, ऑक्टाहेड्रल शीट एल्यूमीनियम का प्रभुत्व (aluminum dominated - डाय-ऑक्टाहेड्रल / di-octahedral) होती है, हालांकि मैग्नीशियम हावी (magnesium dominated - त्रि-ऑक्टाहेड्रल / tri-octahedral) वर्मीक्यूलाइट्स भी मौजूद होते हैं।
अधिकांश वर्मीक्यूलाइट की टेट्राहेड्रल शीट में, एल्यूमीनियम को अधिकांश स्थानों पर सिलिकॉन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। यह इन खनिजों से जुड़े अधिकांश उच्च शुद्ध नकारात्मक आवेश के लिए जिम्मेदार है।
पानी के अणु, मैग्नीशियम और अन्य आयनों के साथ, वर्मीक्यूलाइट्स के इंटरलेयर स्पेस में दृढ़ता से सोख लिए जाते हैं। वे मुख्य रूप से उन्हें अलग करने के बजाय इकाइयों को एक साथ पकड़ने वाले पुलों के रूप में कार्य करते हैं।
इसलिए, सूजन की डिग्री स्मेक्टाइट की तुलना में वर्मीक्यूलाइट्स के लिए काफी न्यून है। इस कारण से, वर्मीक्यूलाइट्स को सीमित विस्तार वाले क्ले खनिज माना जाता है, जो काओलिनाइट से अधिक फैलता है लेकिन स्मेक्टाइट से बहुत न्यून।
टेट्राहेड्रल शीट में बहुत अधिक नकारात्मक आवेश के कारण वर्मीक्यूलाइट की धनायन विनिमय क्षमता (cation exchange capacity - CEC) मोंटमोरिलोनाइट और अन्य स्मेक्टाइट सहित अन्य सभी सिलिकेट क्ले से अधिक है। वर्मीक्यूलाइट क्रिस्टल स्मेक्टाइट के क्रिस्टल से बड़े होते हैं लेकिन काओलिनाइट के क्रिस्टल से बहुत छोटे होते हैं।
वर्मीक्यूलाइट की संरचना
इलिट की संरचना
2:1 गैर-विस्तार खनिज (2:1 Non-expanding minerals): इस समूह में मीका प्रकार के खनिज (type minerals) हैं। (उदा. / e.g.) मस्कोवाइट और बायोटाइट।
इन अभ्रकों के संरचना में समान मृदा संरचना खनिज मिट्टी के क्ले अंश (clay fraction of soils) में पाए जाते हैं। इन्हें महीन दाने वाला अभ्रक (fine-grained micas) कहा जाता है।
स्मेक्टाइट की तरह, महीन दाने वाले अभ्रक (fine-grained micas) में 2:1 प्रकार का क्रिस्टल होता है। हालांकि, कण स्मेक्टाइट के कणों से बहुत बड़े होते हैं। साथ ही, आवेश का प्रमुख स्रोत टेट्राहेड्रल शीट में है जहां एल्यूमीनियम परमाणु सिलिकॉन साइटों के लगभग 20% (about 20% of the silicon sites) पर कब्जा करते हैं।
इसके परिणामस्वरूप टेट्राहेड्रल शीट में एक शुद्ध नकारात्मक आवेश होता है और आवेश वर्मीक्यूलाइट्स में पाए जाने वाले आवेश से अधिक होता है। इस आवेश को संतुष्ट करने के लिए, पोटेशियम आयन इंटरलेयर स्पेस में दृढ़ता से आकर्षित होते हैं और बस आसन्न टेट्राहेड्रल शीट में रिक्त स्थान में फिट होने के लिए सही आकृति के होते हैं।
पोटेशियम इस प्रकार एक बाध्यकारी एजेंट के रूप में कार्य करता है, जो क्रिस्टल के विस्तार को रोकता है। इसलिए, महीन दाने वाले अभ्रक (fine-grained micas) काफी गैर-विस्तार (quite non-expanding) वाले होते हैं।
जलयोजन, धनायन सोखना, सूजन, संकोचन और प्लास्टिसिटी (plasticity) जैसे गुण स्मेक्टाइट की तुलना में महीन दाने वाले अभ्रक में न्यून तीव्र होते हैं लेकिन स्मेक्टाइट या वर्मीक्यूलाइट की इंटरस्ट्रेटिफाइड परतों की उपस्थिति के कारण काओलिनाइट से अधिक होते हैं।
महीन दाने वाले अभ्रक क्रिस्टल स्मेक्टाइट और काओलिनाइट के बीच आकृति में मध्यवर्ती होते हैं। उनका विशिष्ट सतह क्षेत्र 70 से 100 $\text{m}^2\text{ g}^{-1}$ तक भिन्न होता है, जो स्मेक्टाइट के लिए लगभग एक आठवां हिस्सा है।
2:1:1 प्रकार के खनिज: यह सिलिकेट समूह क्लोराइट्स द्वारा दर्शाया गया है। क्लोराइट मूल रूप से लोहे मैग्नीशियम सिलिकेट हैं जिनमें कुछ एल्यूमीनियम मौजूद हैं।
एक विशिष्ट क्लोराइट क्ले क्रिस्टल में, 2:1 परतें, जैसे वर्मीक्यूलाइट्स में, एक मैग्नीशियम-वर्चस्व वाली त्रि-ऑक्टाहेड्रल शीट (magnesium dominated tri-octahedral sheet) के साथ वैकल्पिक होती हैं, जो 2:1:1 का अनुपात देती है। मैग्नीशियम क्लोराइट्स की 2:1 परत में त्रि-ऑक्टाहेड्रल शीट (tri-octahedral sheet) पर भी हावी है।
इस प्रकार, क्रिस्टल इकाई में दो सिलिका टेट्राहेड्रल शीट और दो मैग्नीशियम-वर्चस्व वाली त्रि-ऑक्टाहेड्रल शीट (two magnesium-dominated tri-octahedral sheets) होती हैं जो 2:1:1 या 2:2 प्रकार की संरचना शब्द को जन्म देती हैं।
क्लोराइट्स का नकारात्मक आवेश लगभग महीन दाने वाले अभ्रक के समान है और स्मेक्टाइट या वर्मीक्यूलाइट्स से न्यून है। ठीक अभ्रक की तरह, क्लोराइट्स को एक क्रिस्टल में वर्मीक्यूलाइट्स या स्मेक्टाइट्स के साथ इंटरस्ट्रेटिफाइड किया जा सकता है। क्लोराइट्स के लिए कण आकृति और सतह क्षेत्र भी लगभग महीन दाने वाले अभ्रक के समान है। क्लोराइट क्रिस्टल इकाइयों के बीच पानी का सोखना नहीं होता है, जो इस खनिज की गैर-विस्तार प्रकृति के लिए जिम्मेदार है।
मिश्रित और इंटरस्ट्रेटिफाइड परतें: क्ले खनिजों के विशिष्ट समूह एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से नहीं होते हैं। किसी दी गई मिट्टी (given soil) में, अंतरंग मिश्रण में कई क्ले खनिजों को ढूंढना आम है।
इसके अलावा, कुछ खनिज कोलाइड्स (mineral colloids) में गुण और संरचना वर्णित अच्छी तरह से परिभाषित खनिजों में से किसी दो के बीच मध्यवर्ती होते हैं। ऐसे खनिजों को मिश्रित परत या इंटरस्ट्रेटिफाइड कहा जाता है क्योंकि दिए गए क्रिस्टल के भीतर व्यक्तिगत परतें एक से अधिक प्रकार की हो सकती हैं।
मिश्रित परत खनिजों का वर्णन करने के लिए "क्लोराइट-वर्मीक्यूलाइट" ("chlorite-vermiculite") और "मीका - स्मेक्टाइट" ("mica - smectite") जैसे शब्दों का उपयोग किया जाता है। कुछ मिट्टी में (In some soils), वे मोंटमोरिलोनाइट जैसे एकल संरचित खनिजों की तुलना में अधिक आम हैं।
वर्षा द्वारा व्यापक निक्षालनिंग और आर्द्र गर्म जलवायु में खनिजों के लंबे समय तक गहन क्ले की शर्तों के तहत, प्राथमिक खनिजों में अधिकांश सिलिका और एल्यूमिना घुल जाते हैं और धीरे-धीरे दूर हो जाते हैं।
अवशिष्ट सामग्री, जिनकी घुलनशीलता न्यून होती है, क्ले कहलाते हैं। क्ले (Sesquioxides - धातु आक्साइड / metal oxides) एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड (aluminum hydroxide - $\text{Al}(\text{OH})_3$), और लौह ऑक्साइड (iron oxide - $\text{Fe}_2\text{O}_3$), या लौह हाइड्रॉक्साइड (iron hydroxide - $\text{Fe}(\text{OH})_3$) के मिश्रण हैं।
लैटिन शब्द सेसक्वि का अर्थ है एक और एक-आधा गुना (one and one-half times), जिसका अर्थ है $Al$ और $Fe$ की तुलना में डेढ़ गुना अधिक ऑक्सीजन (one and one-half times more oxygen)। ये क्ले अनाकार से क्रिस्टलीय तक ग्रेड कर सकते हैं। मिट्टी में आम (common in soils) लोहे और एल्यूमीनियम ऑक्साइड के उदाहरण गिब्साइट (gibbsite - $\text{Al}_2\text{O}_3\cdot 3\text{H}_2\text{O}$) और जियोथाइट (geothite - $\text{Fe}_2\text{O}_3\cdot \text{H}_2\text{O}$) हैं।
परत सिलिकेट्स के बारे में इन क्ले के बारे में न्यून ज्ञात है। ये क्ले न तो फूलते हैं, न ही चिपचिपे होते हैं और इनकी फॉस्फोरस सोखने की क्षमता उच्च होती है।
क्ले क्ले (धातु ऑक्साइड और हाइड्रस ऑक्साइड) (Sesquioxide Clays - Metal Oxides and Hydrous Oxides):
बारीक घटक में भी पाया जाता है। ये मिट्टी में तब बनते हैं जब सिलिका (Si) निक्षालनिंग से न्यून हो जाता है। गिब्साइट सबसे आम $Al$ ऑक्साइड खनिज (oxide mineral) है और अक्सर उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में ऑक्सिसोइल्स (oxisoils) और मुख्य रूप से दक्षिण-पूर्वी यू.एस. में पाए जाने वाले अल्टिसोल जैसे अत्यधिक क्लेित मिट्टी में पाया जाता है।
सबसे आम लौह ऑक्साइड गोएथाइट (Goetihte - $\text{FeO}(\text{OH})$) और हेमटिट (Hematiite - $\text{Fe}_2\text{O}_3$) हैं। ये अत्यधिक क्लेित मिट्टी (highly weathered soils) में भी पाए जाते हैं और कई लाल मिट्टी (many red soils) को अपना रंग देते हैं।
धातु ऑक्साइड गिब्साइट और गोएथाइट पर्यावरण में बने रहने की प्रवृत्ति रखते हैं क्योंकि $Al$ या $Fe$ की तुलना में सिलिका (Si) आसानी से निक्षालन हो जाता है, और मृदा कार्बनिक पदार्थ कार्बनिक पदार्थ की महत्वपूर्ण मात्रा मौजूद होती है।
मैंगनीज ऑक्साइड भी मिट्टी में काफी आम हैं। एक आवश्यक पौधे पोषक तत्व होने के अलावा, वे कुछ धातुओं जैसे $\text{As}^{3+}$ और $\text{Cr}^{3+}$ के लिए एक प्राकृतिक ऑक्सीडेंट हैं। बर्नेसाइट (Birnessite - $\text{MnO}_2$) मिट्टी में पाया जाने वाला सबसे आम $Mn$ ऑक्साइड है। धातु ऑक्साइड पर विकसित अधिकांश आवेश पीएच-निर्भर (pH-dependent) होते हैं।
एलोफेन और अन्य अनाकार खनिज (Allophane and other amorphous minerals):
ये सिलिकेट क्ले सिलिका और एल्यूमिना के मिश्रण हैं। वे प्रकृति में अनाकार हैं। ये संरचनात्मक रूप से अव्यवस्थित एल्युमिनोसिलिकेट्स हैं। आमतौर पर, ये क्ले वहां होते हैं जहां बड़ी मात्रा में क्लेित उत्पाद मौजूद थे।
वे आम तौर पर ज्वालामुखीय राख सामग्री से प्राप्त होते हैं और ज्वालामुखीय मिट्टी (volacnic soils) का एक प्रमुख घटक बनाते हैं। एलोफेन (Allophane) अक्सर काओलिनाइट समूह के क्ले खनिजों के साथ जुड़ा होता है। इमोगोलाइट का अनुभवजन्य सूत्र $\text{SiAl}_4\text{O}_{10}\cdot 5\text{H}_2\text{O}$ है।
इन क्ले में उच्च आयन विनिमय क्षमता या उच्च धनायन विनिमय क्षमता भी होती है। उनका लगभग सारा आवेश (Almost all of their charge) सुलभ हाइड्रॉक्सिल आयनों (accessible hydroxyl ions - $\text{OH}^-$) से आता है, जो एक सकारात्मक आयन को आकर्षित कर सकता है या जुड़े हुए $\text{H}^+$ को खो सकता है। इन क्ले में एक परिवर्तन / रूपांतरण / रूपांतरणीय आवेश होता है जो समाधान में $\text{H}^+$ ($\text{H}^+$ in solution - मिट्टी की अम्लता / soil acidity) पर निर्भर करता है।
कार्बोनेट और सल्फेट खनिज:
कार्बोनेट और सल्फेट खनिज एल्युमिनो-सिलिकेट्स (alumino-silicates) की तुलना में अत्यधिक क्ले हैं और शुष्क और अर्ध शुष्क क्षेत्रों में अधिक प्रचलित हैं। प्रमुख कार्बोनेट खनिज कैल्साइट (calcite - $\text{CaCO}_3$) और डोलोमाइट (Dolomite - $\text{CaMg}(\text{CO}_3)_2$) हैं। प्रमुख सल्फेट खनिज जिप्सम है।
| गुण | मोंटमोरिलोनाइट | इलिट | काओलिनाइट |
|---|---|---|---|
| संरचना | 2:1 जाली | 2:1 जाली | 1:1 जाली |
| $Mg$ या $Fe$ द्वारा ऑक्टाहेड्रल शीट में प्रतिस्थापन | $Al$ द्वारा टेट्राहेड्रल शीट में प्रतिस्थापन (Substitution in Tetra hedral sheet by Al) | कोई प्रतिस्थापन नहीं | कोई प्रतिस्थापन नहीं |
| आकृति | अनियमित गुच्छे | अनियमित गुच्छे | हेक्सागोनल क्रिस्टल |
| कुल सतह क्षेत्र ($\text{m}^2\text{g}^{-1}$) | 700-800 | 100-120 | 5-20 |
| सामंजस्य प्लास्टिसिटी और सूजन क्षमता | उच्च | मध्यम | न्यून |
| बाहरी सतह आंतरिक सतह | बहुत अधिक | मध्यम | बिल्कुल नहीं |
| क्ले क्षमता | 80-100 | 15-40 | 3-15 |
| आयन विनिमय क्षमता (Anion exchange capacity) | न्यून | मध्यम | उच्च |
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