Kilin Yapısı ve Faydaları

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 0,002 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 2,7 Ao (1 Ao = 10-8 cm = 0,1 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 3,4 Ao (0,34 nm) olan mesafe su alınca 14–18 Ao (1,4 – 1,8 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 0,1 m2 civarında, toz taneciğinin ise 0,1–1,0 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(10x10–9)2 = 6.10–16 m2’dir. Bütün küpçüklerin yüzey alanları toplamı ise 1018x6.10–16 = 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.