Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
Тонкие слои жидкости, находящиеся на поверхности глинистых частиц, вызывают расклинивающее давление, а по мере увеличения толщины пленки до нескольких десятых микрометра расклинивающее действие обусловливается электростатическим взаимодействием наружных диффузных слоев двойного электрического слоя. Кроме этого, расклинивающее действие частично обусловлено силами молекулярного притяжения. Толщина гидратных оболочек, окружающих глинистые частицы, колеблется от 0,77 мкм до 5 нм.
Возникновение вокруг глинистых частиц ориентированных молекул определяется зарядом двойного электрического слоя, который возникает вследствие избирательной адсорбции ионов. Знак и значение электрокинетического потенциала являются суммированным результатом наличия положительных и отрицательных зарядов на частицах.
Ионы, закрепленные на поверхности глинистых частиц размером меньше 1 мкм, определяют знак электростатических зарядов. При этом первично адсорбируются те ионы, которые, взаимодействуя с ионами и атомами кристаллической поверхности этих глинистых частиц, могут давать практически нерастворимые соединения. Так, например, ионы алюминия, входящие в состав глинистых кристаллитов с размером частиц меньше 1 мкм, фиксируют на своих поверхностях ионы гидроксила, сложные гидратированные ионы кремниевой кислоты, красители, гумусовые вещества. Образовавшийся при этом комплекс имеет отрицательный электростатический заряд.
В нейтральных и слабощелочных средах у глинистых частиц преобладает отрицательный заряд. Вид и число адсорбированных ионов оказывает существенное влияние на свойства системы глина — вода.
Адсорбционная способность глин выражается количеством поглощенных катионов на 100 г сухой глины, называемым емкостью поглощения глины или емкостью основного обмена. Часть глинистого вещества, способного адсорбировать ионы, называется поглощающим комплексом. Адсорбиро-
184
ванные (поглощенные) глиной ионы могут вступать в обмен с ионами, находящимися в дисперсионной среде.
Способность глинистых частиц к обмену адсорбированных катионов уменьшается с повышением заряда катионов в последовательности
1Л+>Ма+>Ш+ > К+ > Л^2+ > Са2+ > Б! 2+ > Ва2+ > А13+ > Н+
Этот ряд показывает, что ион лития, будучи адсорбированным глинистой частицей, обменивается легче, чем другие ионы этого ряда, а труднее всего вытеснить ион водорода, который, по-видимому, с поверхностью частицы будет связан хемосорбционно. Вытеснение ионов друг с другом происходит в указанном ряду только при их равном содержании. При достаточно высоком содержании любой из ионов может вытеснить другой ранее адсорбированный ион этого ряда.
По мере повышения дисперсности глинистых частиц емкость поглощения уменьшается, так как диспергирование приводит к амор-физации кристаллической структуры глинистых минералов, определяющей емкость поглощения. Так, например, в результате мокрого размола каолина до коллоидного состояния емкость поглощения резко уменьшается по сравнению с каолином, размолотым в сухом состоянии.
Находящиеся в дисперсионной водной среде сольватированные катионы, адсорбируясь на поверхность глинистой частицы, вносят свою долю солвватной воды в общую сольватную оболочку, охватывающую эту частицу.
Удаление катионов с поверхности глинистых частиц промыванием их растворами солей или слабых кислот вызывает эквимолекулярное замещение катионов комплекса на катионы раствора. Эти реакции подчиняются закону действующих масс в условиях постоянства ионной силы растворов и их рН и протекают относительно быстро.
Адсорбированные на поверхности глинистых частиц катионы и анионы могут быть замещены ионами Н+ с помощью электродиализа, давая возможность таким образом получить Н-глину, которая отличается по своим свойствам.
Введение в глинистую суспензию небольших количеств электролита способствует резкому разжижению глины, переводя ее из пла-стичнопрочной в текучую.
Глинистые частицы способны адсорбировать как катионы, так и анионы, которые удерживаются на поверхности частиц с разной силой, составляя ряд
ОН- > С0|- > Р2072~ > Р0^~ > I- > Вг- > С1- > Шз~ > И- > БО2-
Катионная адсорбция сильнее по сравнению с адсорбцией анионов, которые адсорбируются только на ребрах кристаллов. Адсорбция анионов левой части ряда (ОН-) повышает отрицательный заряд глинистой частицы.
185
Контрольные вопросы
1. Исходя из строения коллоидной частицы БЮг, объясните причины образования двойного электрического слоя на ее поверхности и возникновения при движении твердой и жидкой фаз относительно друг друга электрокинетического потенциала.
2. От чего зависит величина электрокинетического потенциала, какими способами можно изменять его значение в дисперсных системах и какова его роль при гидратационном твердении минеральных вяжущих материалов?.
3. Какие причины обусловливают агрегативную неустойчивость коллоидных систем и каким образом проявляется их стремление перейти в более устойчивое состояние?
4. Опишите механизм процессов коагуляции и пептизации и способы влияния на эти процессы.
5. Какими характерными свойствами обладают высокодисперсные силикаты в виде гелей.
