Kil Nedir ?

[Φ Poyraz_yelii]

Kil Nedir

 

Kil doğada bol miktarda bulunan minerallerdendir. Fakat saf kil bulmak oldukça zordur. Kilin içerisinde en çok kalker, silis, mika, demir oksit bulunur. Genellikle 0,002 mm’den daha küçük taneli malzemeye kil adı verilmektedir. Kil sarımtırak, kırmızımtırak, esmer gibi renklerde bulunur. Bu özelliğini bileşiminde bulunan yanıcı maddeler verir. Kilin yapısı itibarıyla su çekme özelliği vardır. Bu nedenle kil daima nemlidir. Kili meydana getiren maddeler sulu alüminyum silikatlerdir. m Al2O3 , n SiO2 , p H2O genel kimyasal bileşim formülü ile ifade edilen kil, çok saf olduğu zaman hidrate Alümin Silikat (kaolinit) adını alır.

En değerli tabiî kaynaklar arasında yer alan topraklara bitkiler için gerekli su ve besinleri kum toz ve kil vasıtasıyla tutma vazifesi verilmiştir. Ancak kil; su ve besinleri tutma kabiliyeti açısından kum ve toza göre daha üstündür. Kayalar; su rüz-gâr ve sıcaklık tesiriyle parçalanarak kum ve toz boyutuna kadar ufalanır. Bu sırada fizikî parçalanmanın yanında kimyevî ayrışma da gerçekleşir ve 0002 mm çapa kadar bu ufalanma devam eder. Bu ayrışma ve yeniden birleşme hâdiseleriyle kil mineralleri meydana gelir.

Kil mineralinin yapısı ve bileşimi

Kil minerallerinin başlangıçta küre şeklinde olduğu düşünülmüştür. Fakat elektron mikroskobuyla yapılan incelemelerde bunların levhamsı veya tabakamsı (yaprakçıklı) bir yapıya sahip oldukları görülmüştür. Killerin sıkı istiflenme plâstiklik ve hacimce genişleyip daralma gibi özellikleri onların tabakalı yapıda yaratılmasından kaynaklanmaktadır.

Bilim adamlarınca kil mineralleri su ihtiva e-den alüminyum silikatlar olarak târif edilmektedir. Kil mineralleri tetrahedron (düzgün dört yüzlü) ve oktahedron (düzgün sekiz yüzlü) olarak isimlendirilen kafes şeklinde kristal bir yapıda yaratılmıştır. Tetrahedronlarda silisyum ve oksijenlerden oluşan atom grupları mükemmel bir şekil ve belli bir düzende bir araya getirilmiştir. Bu minerallerin tetrahedron tabakaları 4 oksijen atomunun her biri bir köşeyi oluşturacak şekilde dört yüzlü geometrik bir yapıda oktahedron tabakaları ise alüminyum (Al) demir (Fe) ve magnezyum (Mg) gibi iyonların etrafında 6 oksijen ve hidroksil (OH-) iyonları olacak şekilde sekiz yüzlü geometrik bir yapıdadır.

Kil mineralleri tetrahedron ve oktahedron tabakalarının üst üste ve yan yana paket şeklinde bir araya getirilmesi ve ortak konumdaki oksijen iyonları vasıtasıyla birbirine bağlanmasıyla oluşturulur. Bu tabakalaşmada tetrahedron-oktahedron düzeninde periyodik bir tekrarlanmayla iki tabakalı kil mineralleri; tetrahedron-oktahedron-tetrahedron düzeninde periyodik bir tekrarlanmayla da üç tabakalı kil mineralleri meydana gelir. İki tabakalı kil mineraline kaolinit üç tabakalı kil mineraline ise montmorillonit kil minerali misâl verilebilir.

İki tabakalı kil mineralinin tabakaları arasındaki elektrik çekim kuvveti sebebiyle su ve besin elementlerinin bu tabakalar arasına girmesi önlenir. Bu sebeple bu tip kil mineralleri bünyelerine su aldıklarında şişip genişleyemez. Tabakalar arasında su almadan önce 27 Ao (1 Ao = 10-8 cm = 01 nanometre) olan mesafe su alınmasıyla değişmez. Bazı kil minerallerinin hacmi ise bünyelerine su alınca büyür ve şişer. Misâl olarak üç tabakalı montmorillonit kil mineralinde iki eşdeğer tabaka yüzeyi karşı karşıya getirildiği için tabakalar arasındaki çekim kuvveti çok zayıftır. Bu sebeple tabakalar arasındaki 34 Ao (034 nm) olan mesafe su alınca 14–18 Ao (14 – 18 nm)’a kadar çıkar.

Kilin yüzey alanının büyüklüğü

Kil minerallerinin yüzey alanı dış yüzeylerinin alanlarıyla çözelti hâlindeki iyonların girebilecekleri iç boşlukların yüzey alanlarının toplamıdır. Tanecik çapı veya boyutu küçüldükçe kilin yüzey alanı mükemmel bir şekilde genişlemektedir. 1 gram kum taneciğinin toplam yüzey alanı 01 m2 civarında toz taneciğinin ise 01–10 m2 arasında iken kil mineralinde bu alan yüzlerce m2’ye ulaşabilmektedir. Bu yüzey alanı büyüklüğü nasıl olabilmektedir?

Bu hâdiseyi şöyle açıklayabiliriz: Bir kenarı 1 cm olan bir küpün yüzey alanı 6 cm2’dir. Bu küp bir kenarı 100 Ao (10 nanometre) olan küpçüklere bölünürse meydana gelen küpçüklerin yüzey alanları toplamı 600 m2 olur. Şöyle ki; bir kenarı 1 cm olan küpten bir kenarı 10 nm olan 1018 adet küpçük oluşur. Bir kenarı 10 nm olan küpçüğün yüzey alanı 6x(10×10–9)2 = 6.10–16 m2’dir. Bütün küpçüklerin yüzey alanları toplamı ise 1018×6.10–16 = 600 m2 olur. Bu sebeple topraklarda büyüklük olarak kum taneciklerinden kil taneciklerine doğru gidildikçe yüzey alanının genişlediği görülür. Meselâ montmorillonit kil mineralinin toplam yüzey alanı 600–800 m2/gram olup bu tane büyüklüğüne bağlı olarak 1150 m2/gram’a kadar çıkabilmektedir.

Kil minerallerinin adsorblama (yüzeyde tutma) hususiyeti

Kil minerallerinin yüzeyleri negatif kenar ve köşeleriyse pozitif elektrikle yüklüdür. Böylece kil minerallerine zıt elektrik yükleri çektirilerek bitki besin elementleri olan katyon ve anyonların kil yüzeylerinde ve kenarlarında tutulması sağlanır. Bitkiler için gerekli olan kalsiyum (Ca) magnezyum (Mg) potasyum (K) amonyum (NH4) demir (Fe) çinko (Zn) gibi elementler kil mineralleri yardımıyla toprakta tutularak bunların bitki köklerinin yararlanabileceği derinlikte kalması sağlanır.

Kil mineralleri toprağın fizikî kimyevî ve biyolojik faaliyetleri açısından da son derece önemlidir. Killere bahşedilen büyük özgül yüzey (birim hacimdeki yüzey alanı) sebebiyle toprakta büyük bir adhezyon ve kohezyon kuvveti oluşur. Böylece bitkiler için hayatî öneme sahip olan suyun toprakta tutulması sağlanır. Bunların yanında killere verilen çekim kuvvetiyle kum ve toz tanecikleri mıknatıs gibi çekilerek birbirine yapıştırılır. Böylece kum ve toz oranı yüksek olan toprakların iyi olmayan fizikî özellikleri düzeltilmiş olur. Meselâ kil kumlu topraklara karıştırılırsa bunların aşırı geçirgenlikleri önlenmiş olur; toz oranı yüksek olan topraklara karıştırılırsa onların gözenekliliği ve havalanma şartları düzeltilmiş olur.

Kil minerallerinin kullanıldığı yerler

Kil mineralleri (kaolinit montmorillonit vb.) endüstride birçok alanda kullanılmaktadır. Misâl olarak kaolinler; kâğıt dolgu ve kaplamada tuğla seramik çimento plâstiklerde boya ve çözücülerde; montmorillonit kil mineralleri ise deterjan seramik kâğıt kozmetik ve boya sanayii gibi birçok alanda kullanılmaktadır.

Dünyada çok sınırlı miktarda bulunan kalsiyum montmorillonit kili 1800’lü yıllardan beri birçok hastalığın tedavisinde kullanılmıştır. Bu kilden sağlık açısından hayvanların da yiyerek veya içinde yuvarlanarak faydalandığı tespit edilmiştir. Yüzeye çekme ve emme (adsorb ve absorb) özellikleri sebebiyle vücudu toksik maddelerden arındırma özelliği bahşedilen bu kil canlı çamur olarak adlandırılmıştır. Bu killerin uzun süre sıcak su basıncına mârûz kalması kristalize olmalarına ve negatif elektrikle yüklenmelerine sebep olur. Kristalleşen kil çok küçük parçacıklara ayrılır ve bu da kilin vücutta kolayca emilmesini sağlar. Negatif yükler sayesinde ise kil pozitif yüklü toksik maddeleri cilt yüzeyine çeker ve daha sonra bunları emerek vücuttan uzaklaştırma vazifesini yerine getirir. Kalsiyum montmorillonit kilinin zehirden arındırma özelliği dışında; ağrı açık yara kolit (kalın bağırsak iltihabı) ishal hemoroit ülser bağırsak problemleri sivilce kansızlık ve daha birçok rahatsızlığın tedavisinde kullanıldığı bilinmektedir.

Kil-polimer nanokompozit malzemeler havacılık ve uzay araçlarının parçaları için kullanılan fiber bazlı kompozitlerde kalıp malzemesi olarak düşünülmektedir. Sebebi ise uçak ve uzay araçlarının parçalarının diğer kalite özellikleri yanında çok güçlü ve aynı zamanda hafif olması gerekliliğidir. Nanokompozit malzemeler aynı zamanda ısıya karşı dayanıklılığının yüksek oluşu sebebiyle elektronik ev âletlerinde de kullanılmaktadır.