第二章粘土矿物和粘土胶体化学基础概述概述概述概述第一节粘土矿物晶体结构与性质第一节粘土矿物晶体结构与性质2.粘土矿物化学组成：粘土中常见粘土矿物有三种：高岭石、蒙脱石(也叫微晶高岭石、胶岭石等)，伊利石(也称水云母)。它们化学组成见下表一、粘土矿物两种基本结构单元硅氧四面体片单个四面体与若干个相邻四面体经过底面氧相连，组成平面连续四面体晶格。四面体片特点：由SiO4彼此连接而成Si4O10无限重复六方网格。全部基底氧排列在同一个平面上。全部顶端氧在另一个平面上。平面投影形成正六角形三层空心六角环网格。四面体片在粘土中不能独立存在。2.铝氧八面体与铝氧八面体晶片铝氧（氢氧）八面体片单个八面体与相邻八面体经过共用晶棱连接起来，顶端和底端氧原子则组成两个平行平面（每个八面体同相邻六个其它八面体经过共用氧（氢氧）连接。两种八面体（片）二八面体——每三个八面体中心只有二个中心被Al3+、Fe3+占据（1/3空位）。三八面体——每三个八面体中心全被Mg2+、Fe2+充填（无空位）。3.晶片结合2.蒙脱石（Montmorillonite)晶体结构——2：1型两片硅氧四面体片中间夹一片铝氧八面体片。每个四面体顶点氧均指向中央八面体，经过共用氧连接成晶层。若干个晶层按一定距离在C轴方向上重合组成晶体。晶胞分子式：Al4Si8O20(OH)4特点晶格取代主要在八面体中：Mg2+Al3+晶层上下面皆为氧原子，以分子间力连接，连接力弱，水分子易进入，引发晶格膨胀；更为主要是因为晶格取代、带有较多负电荷，能吸附等电量阳离子。水化阳离子进入晶层，致使层间距增加。所以，蒙脱石是膨胀型粘土矿物，增加了其胶体活性赔偿阳离子：Na+、Ca2+阳离子交换容量高：70-~130mmol/100克土水化能力强。几个主要粘土矿物晶体结构几个主要粘土矿物晶体结构伊利石单元晶层结构3.伊利石（illite)晶体结构——2：1型+K+晶体结构类似与蒙脱石晶体结构。区分：A、晶格取代比蒙脱石多，且主要发生在四面体片中。B、其晶胞平均负电荷比蒙脱石高，产生负电荷主要由K+来平衡。C、单位晶胞电荷数比蒙脱石高1-1.5倍。特点A、单位晶胞电荷数高：。B、单位层之间由分之间力和K+连接。C、阳离子交换容量低：CEC=20-40mmol/100g土D、水化能力弱。几个主要粘土矿物晶体结构三、粘土电性粘土矿物电性2.可变负电荷——表面电荷起源：在粘土晶体端面上与铝连接OH-基中H+在碱性或中性条件下解离；比如：在碱性条件：粘土晶体端面上吸附了OH-、SiO32-等无机阴离子或吸附有机阴离子聚电解质等。3.正电荷——表面电荷起源：粘土端面上带正电荷原因多数人认为是因为裸露在边缘上铝氧八面体在酸性条件下从介质中解离出OH-，以下式所表示：当PH<8时,Al—O—H→Al++OH-特点:受环境PH值影响。粘土负电荷普通多于正电荷，所以，粘土普通带负电。粘土交换性阳离子及阳离子交换容量测定粘土阳离子交换容量测定：测定粘土阳离子交换容量方法很多，经典方法是醋酸铵淋洗法。其基本原理以下：醋酸铵淋洗以后粘土，用乙醇洗去过剩醋酸铵，再向粘土中加浓NaOH溶液，NH4+又被Na+交换出来，生成氢氧化铵。因而，经过直接蒸煮后，得到NH4OH，用标准酸吸收，再经过滴定，便可换算为每100g土交换性阳离子毫摩尔数，即粘土阳离子交换容量。影响粘土阳离子交换容量大小因索：四、粘土水化作用二、粘土水化和水化膨胀1.几个名称概念粘土水化——粘土矿物遇水后，在其颗粒表面吸附水分子形成水化膜过程。粘土膨胀——水分子进入粘土矿物晶层间，其体积由小变大过程。粘土分散——水分子进入粘土矿物晶层间，使粘土由大颗粒变为小颗粒过程。粘土收缩——在高温作用下，粘土矿物吸附水分子逐步蒸发，其体积由大变小过程。2.粘土水化膨胀作用机理：表面水化定义：粘土矿物晶层表面吸附水分子和赔偿阳离子吸附水分子、增大晶层间距过程。影响原因：a.晶层间范德华力；b.水化能；c.晶层间静电引力。表面水化特点：主要推进力：表面水化能（水吸附能）。表面吸附水分子只有两个水分子厚度，体积膨胀小。产生膨胀压大（-4000kg/cm2)。渗透水化因为晶层之间阳离子浓度大于溶液内部浓度，所以，水发生浓差扩散，进入层间，由此增加晶层间距，从而形成扩散双电层。渗透膨胀引发体积增加比晶格膨胀大得多。渗透水化特点：主要推进力：双电层斥力。体积膨胀大。膨胀压较小。粘土水化作用粘土水化作用粘土水化作用第二节粘土胶体化学基础2.分散相与分散介质分散相—在多相分散体系中，被分散物质