化学和物理性质

离子交换

根据缺乏的正电荷或负电荷平衡(局部或全部)矿物结构,粘土矿物能吸附某些阳离子而且阴离子并将它们保留在结构单元外部的可交换状态，通常不影响基本的硅酸盐结构。这些被吸附的离子很容易被其他离子交换。交换反应不同于简单的吸附，因为它有反应离子之间的数量关系。文中给出了粘土矿物阳离子交换容量的范围表格

粘土矿物的阳离子交换能力和比表面积
矿物	pH值7时的阳离子交换容量(毫当量/ 100克)	比表面积(每克平方米)
*估算值的上限。
高岭石	3日- 15日	有些人
埃洛石(水分)	40 - 50	1100 *
伊利石	10-40	10 - 100
亚氯酸盐	10-40	10 55
蛭石	100 - 150	760 *
蒙脱石	80 - 120	40 - 800
palygorskite-sepiolite	3 -	40 - 180
水铝英石	30 - 135	2200 *
imogolite	20 - 30	1540 *

交换容量随颗粒大小、结晶度和吸附离子性质的不同而不同;因此，一系列的值存在于特定的矿物而不是单一的特定容量。某些粘土矿物，如伊莫golite, allophane，在某种程度上高岭石，在其结构的表面有羟基，交换能力也随介质的pH值(酸度或碱度指数)而变化，这极大地影响了羟基的解离。

在一定的条件下，各种阳离子的可替代性不相等，取代能力也不相同。例如，钙取代钠比钠取代钙更容易。钾离子和铵离子的大小相似，离子都拟合在硅酸盐层的六角形空腔中。蛭石和蛭石矿物可以很好地和不可逆地吸附这些阳离子，并将它们固定在层之间。铜、锌、铅等重金属离子被强烈吸引到1:1层矿物、异闪石和伊莫哥石表面的负电荷位置上，这是由这些矿物表面羟基解离引起的。

粘土矿物的离子交换性质非常重要，因为它们决定了物理性质特征以及矿物的经济利用。

粘土-水关系

粘土材料含有多种形式的水。水可能被保留在孔隙中，并可在环境条件下通过干燥除去。水也可能被吸附在粘土矿物结构的表面，并在蒙脱石、蛭石中水化埃洛石，海泡石、坡缕石;这种水可能出现在层间位置或结构通道内。最后，粘土矿物结构中含有羟基，在高温下会以水的形式流失。

层与层之间或结构通道中吸附的水可进一步划分为沸石的和绑定的水域。后者与可交换性阳离子结合或直接与粘土矿物表面结合。两种形式的水都可以通过加热到100°-200°C的温度来去除，在大多数情况下，除了水化的高岭土，在常温下很容易恢复。一般认为，结合水具有不同于液态水的结构;它的结构很可能是冰的结构。随着吸附水的厚度从表面向外增加，并延伸到结合水之外，水的性质或突然或逐渐地转变为液态水。离子黏土矿物表面吸附的分子对吸附水层的厚度和水的性质有很大的影响。非液态水可从粘土矿物表面延伸出60-100 Å之多。

羟基离子可以通过将粘土矿物加热到400°-700°c来去除。羟基的损失率和去除羟基所需的能量是各种粘土矿物特有的特性。这个去羟基化过程会导致氧化菲^{2 +}对菲^{3 +}含铁的粘土矿物。

粘土矿物的保水能力通常与它们的表面积成正比表)。随着含水量的增加，粘土变成了然后变成接近液体的状态。这两种状态所需的水量由塑料和液体极限，随可交换阳离子的种类和吸附水中盐的浓度而变化。的塑性指数(PI)，即两个极限之间的差值，为粘土的流变(流动)特性提供了一个衡量标准。的圆周率比较就是一个很好的例子蒙脱石与allophane或坡缕石．前者比后者大得多，表明蒙脱土具有突出的塑性性质。粘土矿物的这种流变性能对建筑基础、公路建设、化学工程，以及农业实践中的土壤结构。