粘土水系统胶体化学.pptVIP

课件6 4-4 粘土－水系统胶体化学 负电荷主要是由于粘土晶格内离子的同晶置换所产生的。如果硅氧四面体中四价的硅被三价铝所置换，或者铝氧八面体中三价的铝被二价的镁、铁等取代，就产生了过剩的负电荷，这种电荷的数量取决于晶格内同晶置换的多少。? 伊利石 K1-1.5Al4〔Si7-6.5Al1-1.5O20〕(OH)4中主要由于硅氧四面体中的硅离子约有1/6被铝离子所取代。使单位晶胞中约有1.3～1.5个剩余负电荷。这些负电荷大部分被层间非交换性的K+和部分Ca2+、H+等所平衡，只有少部分负电荷对外表现出来。 高岭石 Al4〔Si4O10〕(OH)8中，根据化学组成推算其构造式，其晶胞内电荷是平衡的。一般认为高岭石内不存在类质同晶置换。但近来根据化学分析、X射线分析和阳离子交换量测定等综合分析结果，证明高岭石中存在少量铝对硅的同晶置换现象。其量约为每百克土有2毫克当量。 粘土同晶置换所产生的负电荷大部分分布在层状结构的板面,在粘土的板面上,可以依靠静电引力吸引一些介质中的阳离子以平衡其负电荷 2、两性电荷 1942年西森在电子显微镜下看到，带负电荷的胶体金粒子被片状的高岭石的棱边所吸引，这足以证明粘土也带正电。研究表明，高岭石的边面的带电性与介质的酸碱性有关。 PH＞8时，边面带 -2； PH=7时，边面不带电荷； PH＜6时，边面带+1。 高龄石在中性或极弱的碱性介质中，中间与铝连接的氧，接受一个质子，形成氢氧根，带有1/2个正电荷，其上角的氧带一个质子及和铝连接，带有1/2个负电荷，总的边面带有0个电荷 高龄石在酸性介质中，中间与铝连接的氧，连接一个质子，形成氢氧根，带有1/2个正电荷；其上角的氧带一个质子及和铝连接，原来带有1/2个负电荷，在酸中接受酸中的一个质子，也带1/2个正电荷。总的边面带有1个正电荷 高龄石在碱性介质中，中间与铝连接的氧，原来形成的氢氧根，在碱性介质中给出质子，因此带有1/2个负电荷，其上角的氧带一个质子及和铝连接，带有1/2个负电荷，下角的氧也给出质子带有一个负电荷，总的边面带有2个负电荷 3、净电荷 粘土的正电荷和负电荷的代数和就是粘土的净电荷。由于粘土的负电荷一般都远大于正电荷，因此粘土是带有负电荷的。 粘土胶粒的电荷是粘土水系统具有一系列胶体化学性质的主要原因之一。 　2、粘土的离子交换反应具有的特点： 1）同号离子相互交换， 2）离子以等当量交换， 3）交换和吸附是个可逆过程， 4）离子交换并不影响粘土本身结构等特点。 粘土的阳离子交换容量除与矿物组成有关外，还与粘土的细度、含腐殖质数量，溶液的PH值、离子浓度等很多其它影响因素有关。因此，同一种矿物组成的粘土，其交换容量不是固定在一个数值，而是波动在一定范围内。粘土的阳离子交换容量通常代表粘土在一定PH条件下的净负电荷数，由于各种粘土矿物的交换容量数值相差较大，因此测定粘土的阳离子交换容量，是鉴定粘土矿物组成的方法之一。 粘土吸附的阳离子的电价数及其水化半径都直接影响粘土与离子间作用力的大小。当环境条件相同时，阳离子价数愈高则与粘土之间吸力愈强。粘土对不同价阳离子的吸附能力次序为M3+＞M2+＞M+（M为阳离子)。如果M3+ 被粘土吸附则在相同浓度下M+、M2+不能将它交换下来。而M3+ 能把已被粘土吸附的M2+ 、 M+交换出来。 3）粘土的阳离子交换序排列： 根据离子的电价及离子水化半径 　H+＞Al3+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+ ＞ NH4+＞K+＞Na+＞Li+ 三、粘土胶体的电动性质 1、粘土的胶团产生的原因 （1）粘土颗粒表面上的氧和氢氧基与靠近表面的水分子通过氢健而键合； （2）粘土表面负电荷在粘土附近形成一个静电场，使极性水分子成定向排列； （3）水化阳离子被粘土表面负电荷吸引。 粘土胶体的ξ电位 2).影响因素 (1)根据静电学原理可以推导出电动电位的公 式如下 ξ =4πσd/D σ=粘土表面电荷密度； D=溶液介质的介电常数； d=双电层的厚度，为吸附层与扩散层的总厚度。 各种阳离子饱和的高岭土的ξ电位值 （4）、和含有的腐殖质的多少有关； （5）、和粘土的矿物组成，电解质阴离子的作用，粘土胶粒的大小，粘土颗粒的表面的光滑程度等有关。 （6）、ξ是制备稳定的粘土泥浆的重要的技术指标，要制备稳定的粘土泥浆，ξ必须在50mV以上。 宾汉流体：应力必须大于流动极限f之后，才开始流动。这种