粘土-水系统胶体化学

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1、第五章粘土-水系统胶体化学§5.1粘土的荷电性§5.2粘土-水系统的胶体性质§5.3瘠性料的悬浮与塑化§5.1粘土的荷电性一、粘土-水系统1、粘土-水系统①粘土—水系统：粘土加水后，形成胶体—悬浮体的混合物.②胶体—多相的高分散体系（两相以上）分散相尺寸介于1nm~0.1μ—胶体体系分散相尺寸＞0.1μ—悬浮体系2、粘土的带电性（1）粘土板面上的负电荷①粘土晶格内离子的类质同晶置换造成电价不平衡使之板面上带负电。对蒙脱石Al2O3·4SiO2·H2O+nH2O对高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O总结：粘土内这些因同晶替代产生的负电荷，大部分存在层状铝硅酸盐表面（垂直C轴）上，

2、所以实际中可见粘土板面上依靠静电引力吸附一些阳离子以达平衡。②吸附在粘土表面的腐殖质离解而产生的负电荷。（2）粘土边棱上的正电荷总结：粘土粒子沿垂直层方向断键时，由于PH不同，导致粘土粒子带不同的电荷，当在酸性介质中时，粘土边棱带正电荷。图5.1高岭石边面上的电荷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远大于正电荷，因此粘土都带有净负电荷。二、粘土的离子吸附与交换1、离子交换：一种离子取代原先吸附在粘土上另一种离子的现象。2Na+—粘土+Ca2+→Ca2+—粘土+2Na+对于Ca2+是从溶液中转移到粘土胶体上—吸附过程对于Na+是从粘土中

3、转移到溶液中—解吸过程利用粘土阳离子交换性质可提纯粘土，如：X—树脂+Y—粘土→Y—树脂+X—粘土X—单一离子Y—混合离子2、粘土的阳离子交换容量1）粘土的阳离子交换容量：PH=7时，每100g干粘土所吸附离子的物质的量.mmol2)粘土的阳离子交换能力①当其它条件相同时，阳离子电价越高，与粘土之间吸力越强，置换能力越强，一旦被吸附于粘土上就难被置换，则粘土对不同价离子吸附能力为M3+>M2+>M+.②对同价离子，半径越小，水化半径越大，粘土对其吸力越小，即粘土对同价离子吸附能力K+>Na+>Li+,Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+.3）根据离子价数及离子水化半径，粘

4、土的阳离子交换序如下：H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+.4）粘土的阴离子吸附与交换因为粘土只有边面上带有异性电荷正电荷，所以阴离子吸附与交换只能发生在边棱上.除上面影响因素外，几何结构因素也很重要，如PO43-,AsO43-,BO43-等几何结构大小与[SiO4]相似，所以可被[SiO4]层边面所吸附，而SO42－，Cl－，NO3－本身形状特别，不能被吸附。①阴离子交换顺序：OH->CO32->P2O74->PO43->I->Br->Cl->NO3->F->SO42-②阴离子交换容量三、粘土胶体的电动性质1、粘土与水的作用粘土

5、为什么能与水作用？①粘土晶格表面氧原子与水分子通过共价的氢键相键合，粘土晶格表面上OH基与水形成氢键。②粘土颗粒表面的净负电荷在附近形成一个静电场，使极性水分子定向排列。③粘土颗粒表面的交换阳离子在有水时发生水化。水在粘土胶粒周围形成三种水:牢固结合水，疏松结合水，自由水。粘土与水结合的数量（结合水数量）主要与粘土的矿物组成，粘土的分散度和被吸附的阳离子性质等有关。牢固结合水：粘土颗粒吸附着完全定向的水分子层和水化阳离子，这部分水与胶核形成一个整体，一起在介质中移动，其中的水称为牢固结合水。松结合水：在牢固在结合水周围一部分定向程度较差的水称为松结合水。自由水：在松结合水以外的水

6、图5.2粘土胶团结构示意图粘土与一价阳离子结合水量＞与二价阳离子结合水量＞与三价阳离子结合水量同价离子与粘土结合水量是随着离子半径增大，结合水量减小Li+粘土结合水量＞Na+粘土＞K+粘土2、粘土胶体的电动电位1）粘土胶体的扩散双电层粘土质点表面与扩散层之间的总电位差称热力学电位(ψ)＞ζ粘土表面的吸附层与扩散层吸附层：在外电场作用下，粘土质点与一部分吸附牢固的水化阳离子随粘土质点向正极移动，这一层称为吸附层。扩散层：另一部分水化阳离子不随粘土质点移动，却向负极移动，这层称为扩散层。ζ－电位：吸附层与扩散层之间电位差。3、影响粘土动电电位的因素①吸附阳离子对ζ电位的影响（a）对异

7、价离子：吸附一价阳离子的粘土（除H3＋O、Cs＋外）的ζ－电位＞吸附二价＞吸附三价（b）对同价离子：随着离子半径增大，ζ－电位降低。②电解质浓度对ζ－电位的影响③粘土内有机质对ζ电位的影响。一般粘土内腐殖质都带有大量负电荷，其增加粘土表面负电荷，使ζ电位增高.ζ－电位对泥浆的陶瓷工艺性质有着重要意义。§5.2粘土-水系统的胶体性质一、流变学基础流变学：外力作用下物料变形或流动的性质。1、理想流体（牛顿型流体、粘性体）：应力与剪切速度成比例属于这类流动的物质有水、甘油、低分子量化合