材料物理化学第四章1.pptVIP

3、净电荷（综合电性） 粘土的正负电荷的代数和为粘土的净电荷。 板面上电荷通常被其它正离子抵销，但在溶液中易发生离解而显现出板面的负电荷，棱边局部的正电荷抵销部分后，整个粘土颗粒一般都带负电荷 粘土颗粒的荷电性是其具有一系列胶体化学性质的主要原因之一 第三节 粘土的离子吸附与交换 粘土颗粒由于破键、晶格内类质同晶置换和吸附在粘土表面腐殖质离解等原因而带负电。因此，它必然要吸附介质中的阳离子来中和其所带的负电荷，被吸附的阳离子又能被溶液中其它浓度大价数高的阳离子所交换，即粘土的阳离子交换性质 一、粘土的阳离子吸附与交换 1、阳离子吸附： 由于粘土带负电荷，因而必然要吸附介质中的阳离子以达到电中性 2、阳离子交换： 粘土上被吸附的阳离子又能被溶液中其它浓度大，电价高的阳离子交换下来 35 对Ca2＋而言是由溶液转移到胶体上，是离子的吸附过程。 对被粘土吸附的Na＋转入溶液而言是解吸过程。 吸附和解吸的结果，使钙、钠离子相互换位即进行交换。由此可见，离子吸附是粘土胶体与离子之间相互作用。而离子交换则是离子之间的相互作用。 3、离子交换特点： (1)、同号离子相互交换 (2)、离子以等当量进行交换 (3)、交换和吸附是可逆过程 (4)、交换不影响粘土本身结构 离子交换在化工生产、湿法冶金等过程的净化除杂上有广泛应用 4、离子交换容量CeC： (1)定义为pH=7时，100g干粘土所吸附离子的mg或mmol当量数 由于阳离子交换容量通常代表了粘土在一定pH条件下的净负电荷数，各种粘土矿物交换容量数值相差巨大； 故可通过测定粘土阳离子交换容量鉴定矿物组成。 (2)、影响因素： A、矿物组成：疏松与否、同晶置换多少 B、粘土粒度：比表面积及棱边破键数 C、有机质数：影响电荷数 D、溶液 P H：影响棱边释放/吸收质子数从 而影响粘土净电荷 E、离子浓度：影响离子与粘土的撞击几率 40 5、离子吸附顺序： 离子吸附顺序主要取决于粘土与离子间作用力大小 影响粘土与离子间作用力大小的因素主要是电荷数及其水化半径(阳离子的表观大小) 不同电价： M3＋M2＋M＋ (H＋例外) 相同电价： R小→水膜厚→距离增大(水化半径大)→吸引力下降 吸附顺序为： （离子价效应、离子水化半径） H＋Al3+Ba2+Ca2+Mg2+K+Na+Li+ [H＋：容积小，电荷密度高] 6、吸附发生位置： 阳离子吸附在板面及棱边上进行 二、粘土的阴离子吸附与交换 由于粘土棱边带两性电荷，一定条件下可以发生阴离子吸附及交换 。 阴离子吸附的特点： (1)、阴离子吸附在棱边上进行 (2)、吸附量随PH增加而降低 (3)、若阴离子形状与粘土棱边结构相适 应则吸附牢固 45 阴离子吸附顺序： OH－CO32－P2O74－I－ Br－Cl－NO3－F－SO42－ 第四节 黏土－水系统的电动性质 粘土粒子的水化：起源◆水为极性分子◆粘土粒子带电 O H H O H H H O O C 非极性分子 1.板面同晶置换带负电； 2.吸附腐殖质的分解； 3.边面：破键、悬键。 故：粘粒电场范围内 水分子与纯水不同。 一、粘土与水的作用 1、氢键联结： 粘土晶粒表面上O/OH与H2O以氢键键合，继而发生第二层氢键键合，直至水分子的热运动足以克服氢键的键合 键力逐渐减弱，直至 水分子热运动足以克 服键力 氢键：水分子基团上的H＋核外无电子，容易受 到另一个电负性较大的原子（离子），如：O、 F等的吸引而形成较强的相互作用 Clay O O … … H H O O H H … H O H … H O H … … H 2、静电作用：粘土颗粒表面附近存在静电场，使极性水分子定向排列。水分子的正电荷中心向着粘土。 Clay E 极性水分子定向排列 r增大、定向程度减小 自由水 无定向 50 3、阳离子水化： 粘土颗粒表面的交换性阳离子发生水化 Clay 带负电的Clay表面 吸附阳离子 交换性阳离子带电， 因此必然与水分子 发生作用 水化阳离子 E r 水分子与粘粒或阳离子的作用 * * 水化阳离子水化膜厚度： 同价离子，离子半径因素： Li＋＞ Na＋＞ K＋ 异价离子，离子价因素： 高价离子表面电荷密度更高，静电引力越大，水化分子数越大 同价离子，