Struttura

Le varie bentoniti possono essere ricondotte ad una struttura elementare comune, tuttavia esistono notevoli differenze tra tipo e tipo, sia relativamente alla costituzione chimica che allo stato fisico dei costituenti, che ne accentuano o meno le proprietà verso un particolare indirizzo tecnologico. Il costituente montmorillonitico è caratterizzato da un aggregato di particelle di forma lamellare, riunite in pacchetti legati da forze elettrochimiche e contenenti acqua di interposizione.

Ogni unità lamellare risulta costituita schematicamente da tre strati disposti parallelamente a sandwich. Lo strato centrale, a forma ottaedrica, è composto da allumina (Al2O3); i due strati periferici, a forma tetraedrica, sono costituiti da silice (SiO2). Spesso lo ione silicio e lo ione alluminio subiscono delle sostituzione isomorfe ciascuno con altri metalli a valenza inferiore come magnesio e ferro. Queste sostituzioni generano scompensi di cariche che vengono bilanciati assumendo cationi scambiabili, in particolare ioni: calcio (Ca²⁺), magnesio (Mg²⁺) e sodio (Na+) accompagnati da molecole di acqua tenute insieme da legami di tipo ione-dipolo. Gli ioni, non trovando posto all’interno della struttura reticolare, occupano posizioni prossime agli strati esterni di silice, e sono i principali responsabili dell’importante fenomeno di idratazione del reticolo cristallino. Per ogni unità lamellare pertanto si può assumere la seguente formula generale:

[ (Si ^Al)4 (Al ^{Fe . Mg})2 O10 (OH)2 ]2 ∙ Mn ∙ mH2O

dove il primo membro in parentesi indica le costituzioni isomorfe negli strati tetraedrici ed il secondo membro quelle dello strato ottaedrico; i simboli M e mH2O indicano rispettivamente i cationi scambiabili e l’acqua di interposizione lamellare.
Per una data argilla la massima quantità di cationi che può essere sostituita è costante ed è individuata dalla capacità di scambio cationico (CEC, cation exchange capacity) misurata in milliequivalenti per grammo (meq/g) o più frequentemente su 100 grammi (meq/100g). La CEC di una bentonite varia in funzione del grado di sostituzioni isomorfe avvenute nel reticolo. La quantità e la qualità delle basi scambiabili sono un importante elemento di distinzione dal punto di vista chimico di una bentonite: in particolare si distinguono le bentoniti calciche e le bentoniti sodiche, a seconda che il catione scambiabile predominante sia rispettivamente il calcio od il sodio. Le bentoniti calciche, i cui giacimenti sono più diffusi nel mondo, risultano caratterizzate da una minore capacità di idratazione e rigonfiamento rispetto alle bentoniti sodiche.