X-Ray Diffraction Study of Structural Transformations of Aluminous 2:1 Layer Silicates During Dehydroxylation

Abstract
X-ray powder diffraction was used for the study of structural transformations of dioctahedral Al-rich smectites and illites having different distribution of octaherdal cations over trans-vacant (tv) and cis-vacant (cv) sites within 2:1 layers. The main problems were to determine a model for dehydroxylated cv structures and to explain why smectites and illites consisting of cv 2:1 layers are characterized by dehydroxylated temperatures which are higher by 150-200°C than those for the same minerals consisting of tv 2:1 layers. On set of XRD experiments has been done for sample heated at different temperatures during 1 hour before measurements ("ex situ" samples) and another one has been done for samples heated during the measurements ("in situ" samples). According to the model proposed for cv dioctahedral 2:1 layer silicates the dehydroxylation takes place in two main stages. During the first one each two adjacent OH groups are replaced by the residual oxygen atom and the Al cations which originally occupied cis-and trans sites become 5- and 6- coordinated respectively. The structure corresponding to this stage of the dehydroxylation is unstable and during the second stage the Al cations migrate from the former trans-sites to vacant pentagonal prisms. After this stage the dehydroxylated stucture of the former cv 2:1 layers is quite similar to that of the former trans-vacant 2:1 layers.

Résumé
La diffraction des rayons X a été utilisée pour étudier les transformations structurales dans des phyllosicates 2:1 dioctaèdriques (smectites et illites riches en Aluminium) chauffés. Les traitements thermiques ont été effectués avant les mesures (échantillons "ex situ") et pendant les mesures (échantillons "in situ"). L'objectif de cette étude est de comprendre pourquoi les smectites et les illites caractérisées par une distribution cationique dans leurs couches octaèdriques du type cis-vacant (cv) ont des températures de déshydroxylation supérieures de 100 à 150°C à celles des mêmes minéraux du type trans-vacant (tv). Un modèle en deux étapes est proposé. Dans un premier temps les groupes OH adjacents sont remplacés par un atome d'oxygène résiduel, les cations Al en site cis passent d'une coordination 6 à une coordination 5 alors que les cations en site trans gardent une coordination 6. Cette structure est instable. Dans un deuxième temps les cations Al en site trans migrent à l'intérieur des couches octaèdriques pour former une structure du type trans-vacant.