土粒与水的相互作用.pptx
《土粒与水的相互作用.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《土粒与水的相互作用.pptx(38页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、2.1 2.1 粘粒的胶体特性粘粒的胶体特性 粘粒与水相互作用粘粒与水相互作用是研究固体颗粒与孔隙溶液相互作是研究固体颗粒与孔隙溶液相互作用后产生的一系列特性。用后产生的一系列特性。p 卵砾、砂粒,卵砾、砂粒,由于颗粒粗大,比表面积小,表面能小,由于颗粒粗大,比表面积小,表面能小,与孔隙中溶液相互作用后,对其工程地质的影响不大;与孔隙中溶液相互作用后,对其工程地质的影响不大;p 粘粒粘粒颗粒细小,比表面积大、表面能大,是土中较活动颗粒细小,比表面积大、表面能大,是土中较活动的部分,的部分,与孔隙溶液相互作用后表现出来的一系列表面现与孔隙溶液相互作用后表现出来的一系列表面现象象(如颗粒表面的双电
2、层、离子交换、粘粒的聚沉与稳定、如颗粒表面的双电层、离子交换、粘粒的聚沉与稳定、触变与陈化等触变与陈化等),将直接影响着细粒土的工程地质性质的形将直接影响着细粒土的工程地质性质的形成与变化,甚至与土的性质改良也有关。成与变化,甚至与土的性质改良也有关。第1页/共38页2.1 2.1 粘粒的胶体特性粘粒的胶体特性颗粒细小,比表面积大颗粒细小,比表面积大立方体边长立方体边长 体积体积总表面积总表面积比表面积比表面积 比表面积变化比表面积变化1cm 1cm3 6cm2 6cm1是原来的是原来的10 4倍倍 0.001mm(1012个)个)6104cm26104cm1不同颗粒大小及其比表面积对比不同颗
3、粒大小及其比表面积对比1.土粒比表面积和表面能土粒比表面积和表面能假设土粒呈球形,d为其直径,则比表面积:比表面积:单位体积,所有固体颗粒的总表面积。第2页/共38页2.1 2.1 粘粒的胶体特性粘粒的胶体特性土粒的比表面积还与土粒形状有关,片状矿物或板状矿物比表面积大,球状矿物小。片状颗粒的厚度与球形颗粒相等时,表面积增加了24%;片状颗粒的厚度为球形颗粒半径的1/10时,表面积增加539%。蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物都呈鳞片状,有的呈针状。蒙脱石 伊利石 高岭石1.土粒比表面积和表面能土粒比表面积和表面能第3页/共38页2.1 2.1 粘粒的胶体特性粘粒的胶体特性表表面面能能:细细小
4、小颗颗粒粒表表面面由由于于力力场场的的不不饱饱和和具具有有吸吸引引外外部部极极性分子性分子和和离子离子的能力。的能力。粘粘土土颗颗粒粒细细小小,又又多多成成片片状状或或杆杆状状,具具有有较较大大的的比比表表面面积积和和表面能表面能,吸附能力强。比粉粒、砂粒具有更大的活动性。,吸附能力强。比粉粒、砂粒具有更大的活动性。1.土粒比表面积和表面能土粒比表面积和表面能第4页/共38页2.1 2.1 粘粒的胶体特性粘粒的胶体特性土中的粘粒组土中的粘粒组(小于小于0.005mm)0.005mm)包括粘土矿物、游离氧化物及包括粘土矿物、游离氧化物及少量的石英、长石、云母等原生残余矿物的细小颗粒,以及少量的石
5、英、长石、云母等原生残余矿物的细小颗粒,以及有机质等物质。由于其颗粒细小,接近于胶体的颗粒,表现有机质等物质。由于其颗粒细小,接近于胶体的颗粒,表现出一系列胶体的特性,如具有吸附能力。出一系列胶体的特性,如具有吸附能力。土中小于土中小于1000nm1000nm(0.001mm0.001mm)的颗粒都具有胶体性质。)的颗粒都具有胶体性质。而胶体一般指颗粒为而胶体一般指颗粒为1-100 nm 1-100 nm(1010-9-91010-7-7m m)的颗粒。)的颗粒。比表面积大,表面能也大,吸附作用也强,粘粒表面的比表面积大,表面能也大,吸附作用也强,粘粒表面的离子也可能被溶液中的离子替换,发生离
6、子交换作用,引起离子也可能被溶液中的离子替换,发生离子交换作用,引起土体的一系列工程地质性质的变化。土体的一系列工程地质性质的变化。2.粘粒的胶体特性粘粒的胶体特性第5页/共38页2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成粘土矿物的带电性质:粘土矿物的带电性质:实验表明,片状粘土颗粒表面常实验表明,片状粘土颗粒表面常带有负电荷。带有负电荷。为什么片状粘土颗粒带有不平衡为什么片状粘土颗粒带有不平衡负电荷:负电荷:离解作用离解作用:阳离子扩散于水中阳离子扩散于水中吸附作用:吸附相似离子吸附作用:吸附相似离子同晶置换:高价被低价置换同晶置换:高价被低价置换边缘断裂:造成电荷不平衡边缘断裂:造成
7、电荷不平衡-+粘土颗粒粘土颗粒水分子水分子阳离子阳离子玻璃筒玻璃筒玻璃皿玻璃皿水位水位升高升高粘土粒粘土粒粘土粘土+-(列依斯列依斯,1809),1809)1.粘土的电泳和电渗现象粘土的电泳和电渗现象第6页/共38页2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成2.粘粒表面电荷的形成粘粒表面电荷的形成(1)选择吸附带电粘粒选择吸附与本身结晶格架相同或相似的离子带电。举例:如方解石CaCO3放入CaCl2溶液中溶液中的Ca2+离子被方解石表面吸附,颗粒表明带正电第7页/共38页2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成2.粘粒表面电荷的形成粘粒表面电荷的形成(1)选择吸附带电举例:如方解
8、石CaCO3放入NaCO3溶液中溶液中的CO32-离子被方解石表面吸附,颗粒表明带负电第8页/共38页2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成2.粘粒表面电荷的形成粘粒表面电荷的形成(1)选择性吸附举例:如方解石CaCO3放入蒸馏水中溶液中的Ca2+离子被方解石表面吸附,颗粒表明带正电被吸附的离子称为决定电位离子,未被吸附的为反离子。被吸附的离子称为决定电位离子,未被吸附的为反离子。第9页/共38页2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成2.粘粒表面电荷的形成粘粒表面电荷的形成(2)表面分子电离粘粒本身由可电离的分子组成,与水作用后生成离子发生基,离子发生基电离,粘粒选择吸附与
9、本身性质相同或相似的离子而带电。举例:次生二氧化硅(SiO2)与水第10页/共38页2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成2.粘粒表面电荷的形成粘粒表面电荷的形成(2)表面分子电离 游离氧化物 两性化合物与水作用后生成离子发生基,离子发生基在酸碱不同的条件下电离生成不同的离子,使粘粒可带正电、负电、不带电。举例:Al2O3在溶液PH值小于、大于、等于其等电PH值时的带电情况。酸性:酸性:碱性:碱性:正电正电负电负电第11页/共38页矿物的等电矿物的等电PH值值:使固体颗粒呈中性不带电时介质溶液使固体颗粒呈中性不带电时介质溶液的的PH值,不同矿物有各自的等电值,不同矿物有各自的等电PH
10、值,用值,用PHie表示。表示。如:如:PHie=8.1 PHie=7.1 次生次生 PHie1 蒙脱石:蒙脱石:PHie2 高岭石:高岭石:PHie=5 伊利石:伊利石:PHie5 溶液的溶液的PH值与矿物等电值与矿物等电PH值之差越大,矿物带电越多。值之差越大,矿物带电越多。2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成2.粘粒表面电荷的形成粘粒表面电荷的形成注意理解:注意理解:等电PH值是矿物本身的一种属性,但只有通过介质的pH值才能表现出来。第12页/共38页粘土矿物的粘粒由硅氧四面体和铝氧八面体组成,四面体中的 可被 、置换,八面体中的 被 、置换,产生过剩负电荷,在晶层表面形成永
11、久负电荷。2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成同晶替代(同晶置换)同晶替代(同晶置换)。同同晶晶置置换换产产生生负负电电荷荷的的数数量量取取决决于于晶晶格格中中同同晶晶替替代代的的多多少少,而不受介质而不受介质PH值的影响。值的影响。同晶替代是由粘土矿物构成的粘粒通常带负电荷的原因之一。2.粘粒表面电荷的形成粘粒表面电荷的形成第13页/共38页3.粘粒的双电层特征粘粒的双电层特征(1)决定电位离子层)决定电位离子层 粘粒通过粘粒通过选择性吸附、表面分子电离、同晶置换选择性吸附、表面分子电离、同晶置换使部分离子使部分离子牢固吸附在其表面而带电,这部分离子称决定电位离子;牢固吸附在其表
12、面而带电,这部分离子称决定电位离子;带电带电粘粒与水作用、与溶液作用粘粒与水作用、与溶液作用(2)反离子层:)反离子层:粘粒带电后,吸引与本身符号相反的离子,粘粒带电后,吸引与本身符号相反的离子,这种离子称反离子。这种离子称反离子。决定电位离子层决定电位离子层双电层双电层反离子层反离子层(同时受两种力作用)(同时受两种力作用)2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成第14页/共38页 因为粘土矿物颗粒表面一般带负电荷,围绕土粒形成负电场,土粒周围水溶液中的阳离子(Na+,Ca2+等)和极性水分子在静电引力和分子引力的共同作用下,被吸附在土粒表面。在靠近土粒表面处,静电引力最强,这些阳离
13、子和水分子被牢固地吸附在颗粒表面,形成“固定层”,在固定层外围,静电引力比较小,阳离子和水分子的活动性比在固定层中大些,直至自由水溶液之间的部分称为“扩散层”。“固定层”和“扩散层”共同组成了反离子层(吸附层),它构成了土粒表面双电层结构的外层,而土颗粒表面的结构负电荷构成双电层结构的内层。3.粘粒的双电层特征粘粒的双电层特征2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成第15页/共38页粘土矿物颗粒表面的双电层结构粘土矿物颗粒表面的双电层结构粘土矿物颗粒表面的双电层结构是由土颗粒表面的负电荷与吸附层中的阳离子所构成的整体。3.粘粒的双电层特征粘粒的双电层特征 内层内层(土颗粒表面的负电荷)
14、(土颗粒表面的负电荷)固定层固定层外层外层(反离子层)(反离子层)(吸附层)(吸附层)扩散层扩散层双双电电层层结结构构思考题:双电层与结合水的关系?思考题:双电层与结合水的关系?2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成第16页/共38页在反离子层中的离子实质上是水化离子。粘粒周围的水化膜包含着起主导作用的离子和作为主体的水分子。从起主导作用的离子着眼,称这层为反离子层;如果从作为主体的水分子着眼,则称结合水层。3.粘粒的双电层特征粘粒的双电层特征2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成第17页/共38页2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成3.粘粒的双电层特征粘粒的双
15、电层特征第18页/共38页v 热力电位 矿物颗粒表面所带负电荷具有的电位与介质电位之差。即粘粒表面及其周围正负离子间总的电位差。v 电动电位固定层外缘所剩余的电位。3.粘粒的双电层特征粘粒的双电层特征2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成电动电位由扩散层离子平衡,故扩散层的厚度与电动电位的高低密切相关(成正比);电位增高则扩散层增厚,反之亦然。动电电位=0,则扩散层消失。第19页/共38页胶团:胶团:胶体颗粒与外围的双电层统称为胶团。胶体颗粒与外围的双电层统称为胶团。3.粘粒的双电层特征粘粒的双电层特征2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成第20页/共38页 矿物成分和分散
16、程度的影响不同矿物颗粒大小、形状不同,颗粒小的片状矿物比表不同矿物颗粒大小、形状不同,颗粒小的片状矿物比表面积大,与水作用后带电多,热力学电位高,导致电动面积大,与水作用后带电多,热力学电位高,导致电动电位高,扩散层厚;电位高,扩散层厚;不同矿物晶格亲水性不同,同晶置换作用程度不同,带不同矿物晶格亲水性不同,同晶置换作用程度不同,带永久电荷数量不同,同晶替代强的产生负电多,扩散层永久电荷数量不同,同晶替代强的产生负电多,扩散层厚。厚。矿物成分决定颗粒带电性质,带电多少。矿物成分决定颗粒带电性质,带电多少。2.2 2.2 粘粒双电层的形成粘粒双电层的形成5.影响粘粒扩散层厚度的因素影响粘粒扩散层
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 相互作用
限制150内