Chapitre 3: La phase solide inorganique: les minéraux et les roches Flashcards
Quels sont les 3 éléments les plus abondant dans la croute terrestre
Oxygène (O)
Silicium (Si)
Aluminium (Al)
Qu’est qu’un minéral
naturelle
Solide cristallin (habituellement)
composition chimique définie, mais non fixe
Minéraux natifs vs autres
natifs:
1 seul élément
Or, diamant, argent, etc (aka mines)
Autres:
2 ou + éléments
Qu’est-ce qui influence les propriétés chimiques des minéraux
Liaisons chimiques
Exemple 2 minéraux composés pareil, mais propriétés complètement différent
Graphite et diamant
Composé C
liaison différente, graphite pas dur, diamant oui
Qu’est-ce qui est au coeur des liaisons chimiques
Électrons (de valence)
Types de liaisons et leurs forces
Liaison intermédiaire:
Ionique
Liaison forte:
Covalente
Métallique
Liaison faible:
Van der Waals
hydrogène
Liaison ionique
Transfert d’électrons d’un atome à l’autre
Électronégativité différente entre les atomes
Souvent opposé dans le tableau périodique
Cation, anion
Liaison covalente
Partage minimal d’une paire d’électrons
Liaison métallique
Mise en commun aléatoire de tous les électrons entre les atomes de métalliques
Atome métalique = milieu tableau périodique
Liaison Van der Waals
Attraction 2 molécules neutres en raison de la présence de dipôles
Dipôles = électrons distribués inégalement dans une molécule, car différence d’électronégativité
Électronégativité plus élevé = attir plus d’électrons
Liaison hydrogène
Hydrogène fait le pont entre 2 atomes électronégatifs
Électronégatifs = côté droit du tableau périodique
Qu’est-ce qu’un polyèdre de coordination
Arrangement géométrique le plus stable entre les éléments pouvant donner naissance à un minéral
Exemple de polyèdre de coordination
Cubique
Tétraédrique **
Octaédrique **
Qu’est-ce qu’un solution solide
Variations de la composition d’un minéral à l’intérieur de certaines limites
Types de substitutions atomiques
Polymorphisme
Isomorphisme/
Polymorphisme
même composition chimique, structure cristalline différente
Graphite, diamant
Isomorphisme
même structure cristalline, composition différente
MgCO3 (magnésite)
CaCO3 (calcite)
Classification des minéraux - composition
2 grands groupes
Minéraux non silicatés
Minéraux silicatés
Minéraux non silicatés à retenir
Carbonates
Sulfates
Sulfures
Phosphates
Oxydes, hydroxydes et oxyhydroxydes **
Minéraux silicatés à retenir
Tectosilicates
Phyllosilicates
Carbonates: composition, détection, utilisation
Formé à partir de CO3 2-
Détection test d’effervescence
Utilisé dans le chaulage des sols (calcite, dolomite)
Sulfates
Combinaison de l’acide sulfurique avec des métaux
Gypse (CaSO4*2H2O)
Évaporite (utilisée come amendement)
Source de Ca
Correction salinité (sur fertilisation, serre)
Sulfures
Combinaison d’un métal ou d’un métalloïdes avec du soufre
Peu mené à l’acidification de certains sols, lorsque le soufre est oxydé
Phosphates
Combinaison de l’acide phosphorique (H3PO4) avec des métaux
Source de phosphore, mais peu dispo pour les plantes. Nécessite action micro organismes
Oxydes, hydroxydes, oxyhydroxydes
Combinaison d’un métal ou d’un métalloïde avec l’oxygène
Important dans les sols (Fe, Al, Mn: très réactifs)
Minéraux à charge variable en fonction du pH:
- (-) lorsque pH élevé
- (+) lorsque pH faible
Comment repérer oxyde, hydroxyde, oxyhydroxyde
Oxyde: O
hydroxyde: OH
Oxyhydroxyde: O et OH
Structure de base des silicates
Tétraèdre (pyramide avec Si au centre)
Tectosilicates
Minéraux primaires
Quartz, feldspath
Phylosillicates
phylo = feuillets
Les phyllosilicates appartiennent à quelle grosseur de texture
Argiles, se retrouvent souvent dans les particules fines du sol
Composition des phyllosilicates
Feuillets
Couche tétraédrique à base de Si04
Couche octaédrique à base de Al ou Mg, entouré de OH
Types de phyllosilicates
Phyllosilicates
- Type 1:1
- Type 2:1
- Intergrades
- Type 2:1:1
Qu’est-ce qu’un feuillet
Un feuillet est un ensemble de couches tétraédriques et octaédriques. Dépendamment du type de phyllosilicate, les feuillet sont composés de quantité différentes de ces couche
Exemple phyllosilicates 1:1
Kaolinite
Quoi savoir des phyllosilicates 1:1
Beaucoup de liaisons chimiques de type H
Aucune séparation des feuillets (expension)
Minéral secondaire
Présent dans les sols très altérés (peu au Qc, plus sous les tropiques)
Groupes phyllosilicates type 2:1
- Groupe pyrophyllite et talc
- Groupe des micas
- Groupe de l’illite (micas hydratés)
- Groupe des vermiculites
- Groupe des smectites
Quoi savoir des phyllosilicates 2:1 du groupe pyrophyllite et talc
Peu de substitutions
Feuillets liés par liaisons Van der Waals
Peu de séparation des feuillets (expension)
Minéraux secondaires
CEC faible
Qu’est ce que la CEC
Capacité d’échange cationique: Ensemble des charges négatives à la surface des particules pouvant retenir des cations (+)
Exprimé en cmol/kg
Qu’est ce que la CEA
Capacité d’échange anionique: Ensemble des charges positives à la surface des particules pouvant retenir des anions (-)
Exprimé en cmol/kg
D’où provient les charges permanentes dans les phyllosilicates
Les charges permanentes dans les phyllosilicates sont principalement des substitutions isomorphiques
Qu’est-ce que la substitution isomorphique
Quand est-ce que cela se produit
Quels sont les résultats possible
Substitution d’un atome par un autre de taille semblable dans un minéral lors de sa formation
Substitution de même charge: aucun effet
Substitution de charge inférieure: Minéral avec charge négative permanente
Substitution de charge supérieure: Minéral avec charge positive permanente
Pourquoi le groupe pyrophillite et talc a une CEC faible
Dû à sa faible substitution
Quoi savoir des phyllosilicates 2:1 du groupe des micas
Minéraux primaire
Substitution des Si(4+) par Al(3+) dans les tétraèdres lors de la formation
Crée des charges négatives permanentes, mais celles sont neutralisés par la fixation d’atome de potassium (k+)
Résultat = CEC faible
Pas d’expansion
Source de potassium pour plante s’il y a altération
Quoi savoir des phyllosilicates 2:1 du groupe de l’illite (micas hydratés)
Charges permanentes négatives (sub. iso. dans les tétraèdres et les octaèdres)
Faible expansion (séparation des feuillets)
Entre les feuillets: K+ (Ca2+, Mg2+, NH4+) cations échangeables et eau
Dispo au plantes
CEC environ 30 cmol/kg (bonne CEC)
Quoi savoir des phyllosilicates 2:1 du groupe des vermiculites
Très abondant au Qc, groupe de phyllosilicate principal au Qc
Substitutions isomorphiques tétraèdres
- CEC = 10 - 200 cmol/kg (très réactifs)
Cations échangeables entre les feuillets
Séparation des feuillets limitée: retient l’eau, mais pas d’expansion trop importante pour que le sol soit un vermisol (minéraux gonflants intermédiaires)
Peut induire des craques lorsque l’eau se retire
Quoi savoir des phyllosilicates 2:1 du groupe des smectites
Très abondant dans les vertisols
Minéraux gonflants (forte expansion)
Substitutions isomorphiques, majorité dans octaèdres, un peu dans tétraèdres
CEC: 80-150 cmol/kg
Entre les feuillets: eau + cations échangeables
Quoi savoir des phyllosilicates 2:1:1
Exemple: Chlorite
2:1 avec couche supp entre les feuillets
Couche supp chargée positivement
CEC: feuillets
CEA: couche supplémentaire
Quoi savoir des phyllosilicates intergrades
Se situe entre les 2:1 et 2:1:1
En transition vers 2:1:1
Couche incomplète entre les feuillets
CEC diminue
CEA augmente (couche supplémentaire)
Expansion qui diminue, rétention d’eau qui diminue
Minéraux primaires formation
Formation températures et pressions élevées
Cristallisation magma
Plupart sont des silicates (tectosilicates)
Fraction sableuse et limoneuse des sols
Minéraux primaires noms
Quartz
Micas
Feldspath
Minéraux secondaires formations
Températures plus basses
Altération des minéraux primaires ou d’autres minéraux secondaires
Fraction argileuse (et limoneuse)
Minéraux secondaires noms
Phyllosilicates
Carbonates
Sulfates
Oxydes hydratés Fe, Al, Mn
Types de cristallisation, amorphe, réactif
Parfaite
Imparfaite : minéraux amorphes = très réactifs
Pourquoi cristallisation imparfaite = amorphe/réactif
Car structure déstabilisé et formation de charges
Minéraux amorphes quoi retenir
Structure imparfaite
Liens chimiques non comblés
Très réactifs chimiquement, exemple rétention du phosphore
Stade de dev des sols au Qc
Généralement, intermédiaire
Présence minéraux typique sols intermédiaire (selon altération)
Exemple: quartz
Propriétés importantes des minéraux dans les sols
- Taille des particules
- Surface spécifique
- Charge de surface
- Capacité d’échange cationique (CEC) et anionique (CEA)
Tailles de particules (rappel + 1 ajout)
En microns
Sable: 2000 - 50
Limon: 50 - 2
Argile: <2
Colloïdes: <10
Surface spécifique, quoi retenir
Surface par unité de masse
Plus la particule est petite, plus la surface par unité de masse est grande, plus c’est réactif
untié: m2/g
Surface spécifique dépend:
Taille des particules
Type de minéral
- Minéraux gonflants: espace sup. entre les feuillets
Charge de surface, 3 caractérsitiques
Nature
- Permanente: substitution isomorphique
- variables: OH
Signe
- Positif, négatif
Localisation (chap. 5)
- Diffuses
- Localisées
Exemple charge variable
phyllosilicates 2:1, en bordures
phyllosilicates 1:1, face + bordures
oxydes hydratés: toutes les faces et bordures
Qu’est-ce qu’une charge permanente
Une charge qui est constante peu importe les conditions du milieu (ph)
Proviennent de substitutions isomorphiques dans les phyllosilicates, lors de sa formation
Plus souvent négatives que positives
Qu’est-ce qu’une charge variable
Dépend du pH
Lié au groupes OH
En bordure des minéraux ou faces de certains minéraux
Phyllosilicates: couches octaédriques
oxydes hydratés
Comment les charges se développent-elles sur les sites à charges variables
En fonction du pH du milieu et PCZ du minéral
PCZ = Point de Charge Zéro
pH = PCZ: minéral charge nulle
pH < PCZ: charge positive (capte du H+)
pH > PCZ: charge négative (libère du H+)
Qu’Est-ce qui est bon pour le phosphore (H2PO4 -) et (HPO4 2-)
oxydes hydratés car leurs PCZ est élevé (7-8-9) ils sont donc souvent positif (car milieu plus acide que le PCZ) et donc peuvent s’associer aux anions
Étudier le tableau de la diapo 124, très important
important
Quelle est la charge globale de phyllosilicate?
Charge globale sols du Qc?
Ils retiennent cations ou anions ?
Phyllosilicates = négative
Qc = négative
Retiennent des cations, CEC
Quelle charge constitue la CEC?
Quel est son lien avec le pH
Quelle autre particule de sol contribue?
Charges permanentes et charges variables.
Dépend du pH. pH est acide à très acide = charges permanentes. Ensuite acide à très basique, charges variables embarque donc CEC augmente.
M.O
Les oxydes hydratés ont un PCZ de 7 à 9. En contexte Qc, quel est leur impact ?
sols Qc = acide (6)
pH sol < PCZ
Les oxydes hydratés vont capter des atomes H.
Ils contribuent à la CEA
Quelle charge constitue la CEA?
Quel est son lien avec le pH
Quelle autre particule de sol contribue?
Charges variables (un peu permanentes, mais vraiment pas bcp, donc négligeables)
CEA augmentent avec la diminution du pH
MO
Quels sont les 3 types de roches?
Magmatique (ignée)
Sédimentaire
Métamorphique
Quels sont les critères de classification des roches magmatiques ?
- Granulométrie de la roche
- Composition minéralogique
- Couleur et teneur en SiO2
Quoi retenir de la granulométrie de la roche des magmatiques?
Granulométrie de la roche (vitesse de refroidissement)
Rapide -> difficile de voir minéraux
Lent -> facile de voir les minéraux
Quels sont les types de roches selon le refroidissement? (magmatiques)
- Roches volcaniques
Extrusives
Refroidissement rapide - Roches plutoniques (exemple montérigienne)
Intrusives
Refroidissement lent - Roches subvolcaniques
Intrusives en filons
Refroidissement semi-rapide
Classification par composition minéralogique (magmatiques)
Minéraux clairs (minéraux cardinaux):
- Quartz, feldspathsà
Minéraux colorés:
- Micas
Couleur et teneur en SiO2 (magmatiques)
Tenur en SiO2 (silice, décroissant)
Roches felsiques
Roche intermédiaires
Roches mafiques
Roches ultramafics
Classification roches sédimentaires
Terrigènes (débris roches et minéraux)
Allochimiques (animaux, végétaux)
Orthochimiques (réactions chimiques, précipitation)
Formation roches sédimentaires
- Formation d’un sédiment
- Diagenèse
Exemple formation d’un sédiment
- Météorisation (altération) des roches (magmatiques, métamorphique, sédimentaire)
- Mort d’organisme
- Précipitation
Exemple roches sédimentaires
Calcaires
Dolomies
Utilisées pour chauler les sols
Roches métamorphiques formées à partir de quelles roches
à partir de roches magmatiques, sédimentaires ou même métamorphique
Quels sont les types de métamorphismes
Régional (pression): grande superficie, plaques tectoniques
De contact (chaleur): autour du magma
D’impact (pression + chaleur): météorite
Classification des roches métamorphiques
Roches mécaniques (pression)
Roches thermogéniques (chaleur)
Roches dynamogéniques (pression + chaleur)
