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文檔簡介

1、聊城大學(xué)材料物理化學(xué)材料學(xué)院聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 本章著重介紹粘土水系統(tǒng)本章著重介紹粘土水系統(tǒng) 粘土為許多無機(jī)非金屬材料的原料,粘土為許多無機(jī)非金屬材料的原料,在陶瓷原料中,粘土是重要的組成原料或在陶瓷原料中,粘土是重要的組成原料或輔助原料輔助原料 粘土水系統(tǒng)在無機(jī)材料,尤其是硅粘土水系統(tǒng)在無機(jī)材料,尤其是硅酸鹽工業(yè)中,具有非常重要的地位酸鹽工業(yè)中,具有非常重要的地位 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)1 1、膠體的定義:、膠體的定義: (1)(1) 膠體:膠體:膠體是由物質(zhì)的三種狀態(tài)所組成的膠體是由物質(zhì)的三種狀態(tài)所組成的高度分散的物系高度分散的物系 (2) (2) 高度分散物系:高度分散物系:一種或幾種物

2、質(zhì)以極微小一種或幾種物質(zhì)以極微小的粒子分散在另一種物質(zhì)中所組成的物系的粒子分散在另一種物質(zhì)中所組成的物系 聊城大學(xué)材料物理化學(xué) (3) (3) 分散相與連續(xù)相:分散相與連續(xù)相:分散物系中被分散的分散物系中被分散的物質(zhì)稱為物質(zhì)稱為分散相分散相( (分散物質(zhì)、分散內(nèi)相、分分散物質(zhì)、分散內(nèi)相、分散質(zhì)散質(zhì)) ),分散其它物質(zhì)的介質(zhì)稱為,分散其它物質(zhì)的介質(zhì)稱為連續(xù)相連續(xù)相( (分分散介質(zhì)、分散外相、分散劑散介質(zhì)、分散外相、分散劑) ) (4) (4) 特點(diǎn):特點(diǎn):高度分散性高度分散性及及多相性多相性為分散物系為分散物系的特點(diǎn)的特點(diǎn) 聚結(jié)不穩(wěn)定性、流變性聚結(jié)不穩(wěn)定性、流變性聊城大學(xué)材料物理化學(xué)2分散物系的

3、分類:分散物系的分類:a、真溶液:、真溶液:粒子粒子 f,10聊城大學(xué)材料物理化學(xué) FfD,F(xiàn) f,af/DF/D, D時(shí)時(shí)a 其中其中a稱為表觀粘度稱為表觀粘度 實(shí)例為:新拌的混凝土實(shí)例為:新拌的混凝土 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)DF賓漢型賓漢型f聊城大學(xué)材料物理化學(xué)2、塑性流體:、塑性流體: 應(yīng)力超過某一最低值才開始流動。隨剪應(yīng)力超過某一最低值才開始流動。隨剪切應(yīng)力增加,切應(yīng)力增加,粘度相應(yīng)增加粘度相應(yīng)增加;直至剪切應(yīng);直至剪切應(yīng)力達(dá)一定值后,物料發(fā)生牛頓型流動力達(dá)一定值后,物料發(fā)生牛頓型流動 聊城大學(xué)材料物理化學(xué) (1) 特點(diǎn):特點(diǎn): 低剪切速度下高粘度;低剪切速度下高粘度;高剪切速度下低粘度

4、高剪切速度下低粘度 F fN 時(shí),時(shí),F(xiàn)fBD 實(shí)例:油漆、油墨、泥漿等實(shí)例:油漆、油墨、泥漿等 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)DF塑流型塑流型f1fBfN15聊城大學(xué)材料物理化學(xué)3、假塑性流體:、假塑性流體: 類似于塑性流體,但無屈服值類似于塑性流體,但無屈服值 流動特點(diǎn):流動特點(diǎn): 表觀粘度隨切變速率增加而降低表觀粘度隨切變速率增加而降低 實(shí)例:高聚物溶液、淀粉漿等實(shí)例:高聚物溶液、淀粉漿等 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)DF假塑流型假塑流型聊城大學(xué)材料物理化學(xué)4、膨脹型流體、膨脹型流體 與假塑性流體相反。攪拌時(shí)變得占稠,與假塑性流體相反。攪拌時(shí)變得占稠,而停止攪拌后又恢復(fù)原來的流動狀態(tài)而停止攪拌后又恢復(fù)原來

5、的流動狀態(tài) 流動特點(diǎn):流動特點(diǎn):表觀粘度隨切變速率增加表觀粘度隨切變速率增加而增加而增加 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)DF膨脹型膨脹型聊城大學(xué)材料物理化學(xué)1明確膠體分散系統(tǒng)的分類、性質(zhì)及穩(wěn)定因素,熟悉膠體的基本理論。 2重點(diǎn)掌握粘土-水系統(tǒng)的膠體的特性,明確其帶電原因、電學(xué)性質(zhì)、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)。明確粘土-水系統(tǒng)的其膠體性質(zhì)(流動性、穩(wěn)定性、觸變性、可塑性)。聊城大學(xué)材料物理化學(xué)粘土膠體并非指干粘土,而指粘土水兩相系統(tǒng)粘土膠體并非指干粘土,而指粘土水兩相系統(tǒng)粘土粒子一般為片狀;粘土粒子一般為片狀;粘土中的水:吸附水結(jié)構(gòu)水粘土中的水:吸附水結(jié)構(gòu)水 吸附水吸附水:吸附在粘土礦物層之間,約:吸附在粘土礦物層之間,約

6、100200 可脫去,對粘土水系統(tǒng)很重要;可脫去,對粘土水系統(tǒng)很重要;結(jié)構(gòu)水:結(jié)構(gòu)水:以以O(shè)H基形式存在于粘土晶格中,基形式存在于粘土晶格中,400600 脫去脫去20聊城大學(xué)材料物理化學(xué)分散在水中的粘土顆粒在電流影響下分散在水中的粘土顆粒在電流影響下(電場作用電場作用下下)會向陽極移動,說明粘土?xí)蜿枠O移動,說明粘土(Clay)顆粒帶負(fù)電顆粒帶負(fù)電荷荷 1809年盧斯年盧斯(Luse)發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)聊城大學(xué)材料物理化學(xué)濕粘土濕粘土沙層沙層水水水水土粒土粒聊城大學(xué)材料物理化學(xué)一、粘土電荷種類一、粘土電荷種類 1 1、負(fù)電荷、負(fù)電荷 A、粘土所帶負(fù)電荷主要由粘土晶格內(nèi)同、粘土所帶負(fù)電荷主要由粘土晶格內(nèi)

7、同晶置換所產(chǎn)生晶置換所產(chǎn)生 B、粘土負(fù)電荷還可以由吸附在粘土表面、粘土負(fù)電荷還可以由吸附在粘土表面的腐植質(zhì)離解而產(chǎn)生的腐植質(zhì)離解而產(chǎn)生(隨(隨pH值改變,堿性環(huán)值改變,堿性環(huán)境有利于境有利于H離解產(chǎn)生更多負(fù)電荷)離解產(chǎn)生更多負(fù)電荷) 聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 粘土組成:粘土組成: 硅氧四面體構(gòu)成的層狀硅氧四面體構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽,部分硅被鋁取代結(jié)構(gòu)硅酸鹽,部分硅被鋁取代形成鋁氧八面體形成鋁氧八面體 聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 同晶置換:同晶置換: 部分硅氧四面體中的硅部分硅氧四面體中的硅(四價(jià)四價(jià))被鋁被鋁(三三價(jià)價(jià))取代,部分鋁氧八面體中的鋁取代,部分鋁氧八面體中的鋁(三價(jià)三價(jià))被被鎂、鐵等鎂、鐵等

8、(二價(jià)二價(jià))取代,從而產(chǎn)生剩余負(fù)電荷取代,從而產(chǎn)生剩余負(fù)電荷 聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 棱邊與板面:棱邊與板面: 在層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽中,以共價(jià)鍵在層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽中,以共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)的原子層層面稱為聯(lián)結(jié)的原子層層面稱為板面板面(垂直于垂直于C軸軸),而原子層面中斷的邊沿稱為,而原子層面中斷的邊沿稱為棱邊棱邊 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)的板面和邊面層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)的板面和邊面高齡石蒙脫石聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 電荷分布:電荷分布: 大部分負(fù)電荷分布在層狀硅酸鹽的大部分負(fù)電荷分布在層狀硅酸鹽的板面板面(垂直于垂直于C軸軸) 板面上的負(fù)電荷可以依靠靜電引力吸引一些介質(zhì)中的陽離子以平衡聊城大學(xué)材料物理化學(xué)2、

9、兩性電荷、兩性電荷 粘土顆粒在一定條件下也可以帶粘土顆粒在一定條件下也可以帶正正電荷電荷。棱邊為層狀結(jié)構(gòu)的斷裂處,棱邊。棱邊為層狀結(jié)構(gòu)的斷裂處,棱邊上存在的活性破鍵上存在的活性破鍵(懸鍵懸鍵)在不同的介質(zhì)中在不同的介質(zhì)中接受或釋放質(zhì)子接受或釋放質(zhì)子(H)而帶電荷而帶電荷 因此,粘土顆粒所帶的正電荷主要因此,粘土顆粒所帶的正電荷主要分布在分布在棱邊棱邊上上 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n實(shí)驗(yàn)證明:30聊城大學(xué)材料物理化學(xué)3、凈電荷(綜合電性)、凈電荷(綜合電性) 粘土的正負(fù)電荷的代數(shù)和為粘土的凈電荷。粘土的正負(fù)電荷的代數(shù)和為粘土的凈電荷。 板面上電荷通常被其它正離子抵銷,但在溶液板面上電荷通常被其它正離

10、子抵銷,但在溶液中易發(fā)生離解而顯現(xiàn)出板面的負(fù)電荷,棱邊局部的中易發(fā)生離解而顯現(xiàn)出板面的負(fù)電荷,棱邊局部的正電荷抵銷部分后,整個粘土顆粒一般都帶正電荷抵銷部分后,整個粘土顆粒一般都帶負(fù)電荷負(fù)電荷 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n粘土顆粒的荷電性是其具有一系列膠體化學(xué)性質(zhì)的主要原因之一聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n粘土顆粒粘土顆粒由于破鍵、晶格內(nèi)類質(zhì)同晶置由于破鍵、晶格內(nèi)類質(zhì)同晶置換和吸附在粘土表面腐殖質(zhì)離解等原因換和吸附在粘土表面腐殖質(zhì)離解等原因而而帶負(fù)電帶負(fù)電。因此,它必然要。因此,它必然要吸附吸附介質(zhì)中介質(zhì)中的陽離子來中和其所帶的負(fù)電荷,被吸的陽離子來中和其所帶的負(fù)電荷,被吸附的陽離子又能被溶液中其它濃度大價(jià)

11、附的陽離子又能被溶液中其它濃度大價(jià)數(shù)高的陽離子所數(shù)高的陽離子所交換交換,即粘土的陽離子,即粘土的陽離子交換性質(zhì)交換性質(zhì)聊城大學(xué)材料物理化學(xué)一、粘土的陽離子吸附與交換一、粘土的陽離子吸附與交換1 1、陽離子吸附:、陽離子吸附: 由于粘土帶負(fù)電荷,因而必然要吸由于粘土帶負(fù)電荷,因而必然要吸附介質(zhì)中的陽離子以達(dá)到電中性附介質(zhì)中的陽離子以達(dá)到電中性 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)2、陽離子交換:、陽離子交換: 粘土上被吸附的陽離子又能被溶液中粘土上被吸附的陽離子又能被溶液中其它濃度大,電價(jià)高的陽離子交換下來其它濃度大,電價(jià)高的陽離子交換下來 NaClayCaCaClayNaNa22235聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n對

12、對Ca2而言是由溶液轉(zhuǎn)移到膠體上,是離而言是由溶液轉(zhuǎn)移到膠體上,是離子的吸附過程。子的吸附過程。n對被粘土吸附的對被粘土吸附的Na轉(zhuǎn)入溶液而言是解吸轉(zhuǎn)入溶液而言是解吸過程。過程。n吸附和解吸的結(jié)果,使鈣、鈉離子相互換吸附和解吸的結(jié)果,使鈣、鈉離子相互換位即進(jìn)行交換。由此可見,離子吸附是粘位即進(jìn)行交換。由此可見,離子吸附是粘土膠體與離子之間相互作用。而離子交換土膠體與離子之間相互作用。而離子交換則是離子之間的相互作用。則是離子之間的相互作用。聊城大學(xué)材料物理化學(xué)3、離子交換特點(diǎn):、離子交換特點(diǎn):(1)、同號離子相互交換、同號離子相互交換(2)、離子以等當(dāng)量進(jìn)行交換、離子以等當(dāng)量進(jìn)行交換(3)、交

13、換和吸附是可逆過程、交換和吸附是可逆過程(4)、交換不影響粘土本身結(jié)構(gòu)、交換不影響粘土本身結(jié)構(gòu)聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 離子交換在化工生產(chǎn)、離子交換在化工生產(chǎn)、濕法冶金等過程的凈化除雜濕法冶金等過程的凈化除雜上有廣泛應(yīng)用上有廣泛應(yīng)用聊城大學(xué)材料物理化學(xué)4、離子交換容量、離子交換容量CeC: (1)定義為定義為pH=7時(shí),時(shí),100g干粘土所吸附離子干粘土所吸附離子的的mg或或mmol當(dāng)量數(shù)當(dāng)量數(shù) 由于陽離子交換容量通常代表了粘土在一定pH條件下的凈負(fù)電荷數(shù),各種粘土礦物交換容量數(shù)值相差巨大; 故可通過測定粘土陽離子交換容量鑒定礦物組成。聊城大學(xué)材料物理化學(xué)(2)、影響因素:、影響因素:A、礦物組成

14、:疏松與否、同晶置換多少、礦物組成:疏松與否、同晶置換多少B、粘土粒度:比表面積及棱邊破鍵數(shù)、粘土粒度:比表面積及棱邊破鍵數(shù)C、有機(jī)質(zhì)數(shù):影響電荷數(shù)、有機(jī)質(zhì)數(shù):影響電荷數(shù)D、溶液、溶液 P H:影響棱邊釋放:影響棱邊釋放/吸收質(zhì)子數(shù)從吸收質(zhì)子數(shù)從 而影響粘土凈電荷而影響粘土凈電荷E、離子濃度:影響離子與粘土的撞擊幾率、離子濃度:影響離子與粘土的撞擊幾率 40聊城大學(xué)材料物理化學(xué)5、離子吸附順序:、離子吸附順序: 離子吸附順序主要取決于粘土與離子吸附順序主要取決于粘土與離子間作用力大小離子間作用力大小 影響粘土與離子間作用力大小的影響粘土與離子間作用力大小的因素主要是因素主要是電荷數(shù)電荷數(shù)及其及

15、其水化半徑水化半徑(陽離陽離子的表觀大小子的表觀大小) 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)不同電價(jià):不同電價(jià): M3M2M (H例外例外)相同電價(jià):相同電價(jià): R小小水膜厚水膜厚距離增大距離增大(水化半徑水化半徑大大)吸引力下降吸引力下降吸附順序?yàn)椋何巾樞驗(yàn)椋海x子價(jià)效應(yīng)、離子水化半徑)(離子價(jià)效應(yīng)、離子水化半徑) HAl3+Ba2+Ca2+Mg2+K+Na+Li+H:容積小,電荷密度高:容積小,電荷密度高聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 6 6、吸附發(fā)生位置:、吸附發(fā)生位置: 陽離子吸附在板面及棱陽離子吸附在板面及棱邊上進(jìn)行邊上進(jìn)行 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)二、粘土的陰離子吸附與交換二、粘土的陰離子吸附與交換 由于粘土

16、棱邊帶兩性電由于粘土棱邊帶兩性電荷,一定條件下可以發(fā)生陰離荷,一定條件下可以發(fā)生陰離子吸附及交換子吸附及交換 。聊城大學(xué)材料物理化學(xué)陰離子吸附的特點(diǎn):陰離子吸附的特點(diǎn):(1)、陰離子吸附在棱邊上進(jìn)行陰離子吸附在棱邊上進(jìn)行(2)、吸附量隨吸附量隨PH增加而降低增加而降低 (3)、若陰離子形狀與粘土棱邊結(jié)構(gòu)相適、若陰離子形狀與粘土棱邊結(jié)構(gòu)相適 應(yīng)則吸附牢固應(yīng)則吸附牢固 45聊城大學(xué)材料物理化學(xué)陰離子吸附順序:陰離子吸附順序: OHCO32P2O74I BrClNO3FSO42 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n粘土粒子的水化:粘土粒子的水化:起源起源水為極性分子水為極性分子粘土粘土粒子帶電粒子帶電OHHOHH

17、HOOC非極性分子非極性分子 1.板面同晶置換帶負(fù)電;2.吸附腐殖質(zhì)的分解;3.邊面:破鍵、懸鍵。聊城大學(xué)材料物理化學(xué)一、粘土與水的作用一、粘土與水的作用 1、氫鍵聯(lián)結(jié):、氫鍵聯(lián)結(jié): 粘土晶粒粘土晶粒表面上表面上O/OH與與H2O以氫以氫鍵鍵合,繼而發(fā)生鍵鍵合,繼而發(fā)生第二層氫鍵鍵合第二層氫鍵鍵合,直,直至水分子的熱運(yùn)動足以克服氫鍵的鍵合至水分子的熱運(yùn)動足以克服氫鍵的鍵合 聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 氫鍵:水分子基團(tuán)上的H核外無電子,容易受到另一個電負(fù)性較大的原子(離子),如:O、F等的吸引而形成較強(qiáng)的相互作用ClayOOHHOOHHHOHHOHH聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 2、靜電作用:、靜電作用:粘土

18、顆粒表面附近存在粘土顆粒表面附近存在靜電場,使極性水分子定向排列。水靜電場,使極性水分子定向排列。水分子的正電荷中心向著粘土。分子的正電荷中心向著粘土。 ClayE極性水分子定向排列r增大、定向程度減小自由水自由水無定向無定向50聊城大學(xué)材料物理化學(xué)3、陽離子水化:、陽離子水化: 粘土顆粒表面的交換性陽離子粘土顆粒表面的交換性陽離子發(fā)生水化發(fā)生水化Clay帶負(fù)電的帶負(fù)電的Clay表面表面吸附陽離子吸附陽離子交換性陽離子帶電,因此必然與水分子發(fā)生作用水化陽離子E 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n水化陽離子水化膜厚度:n同價(jià)離子,離子半徑因素:qLi Na Kn異價(jià)離子,離子價(jià)因素:q高價(jià)離子表面電荷密度更

19、高,靜電引力越大,水化分子數(shù)越大聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n交換陽離子影響粘土表面水化的方式n1.本身的水化,即本身具有水分子的外殼。n2.與水分子競爭,鍵接到粘土晶體的表面,并傾向于破壞水分子的結(jié)構(gòu)。 Clay +-E聊城大學(xué)材料物理化學(xué)聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n故:以上原因使粘土表面吸附著層層定向排列的水分子,極性分子依次重疊,直至水分子熱運(yùn)動足以克服上述引力作用n粘土粒子與陽離子水分子共同構(gòu)成粘土膠團(tuán)聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n1.結(jié)晶水:礦物晶體構(gòu)造的一部分n例:鋁氧八面體中的OH層。n2.吸附水(結(jié)合水):n極性水分子 帶電粘土表面 n 水化膜水化膜n3.自由水:存在于粘土顆粒的孔隙、孔道中,不受粘

20、土束縛,自由運(yùn)動。分子間力,靜電引力55聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 吸附水(結(jié)合水)類型:吸附水(結(jié)合水)類型: A、牢固結(jié)合水:、牢固結(jié)合水:吸附水膜,吸附水膜,310水分子水分子厚。厚。 這部分水與粘土顆粒形成一個整這部分水與粘土顆粒形成一個整體,一起在介質(zhì)體,一起在介質(zhì)(電場中)中移動電場中)中移動水分子層完全定向排列EClay +-聊城大學(xué)材料物理化學(xué)B、疏松結(jié)合水:、疏松結(jié)合水:擴(kuò)散水膜擴(kuò)散水膜 吸附水膜外吸附水膜外定向程度較差定向程度較差的水的水C、自由水:、自由水:松結(jié)合水外不受粘土顆粒影響的水松結(jié)合水外不受粘土顆粒影響的水。r r增大,水分子定向程度越差增大,水分子定向程度越差Cla

21、y自由水自由水 疏松結(jié)合水疏松結(jié)合水牢固結(jié)合水牢固結(jié)合水聊城大學(xué)材料物理化學(xué)6、結(jié)合水量的影響因素:、結(jié)合水量的影響因素: (1)、礦物組成:、礦物組成:影響粘土電荷而影響所形成的電場及影響粘土電荷而影響所形成的電場及水化作用強(qiáng)弱。水化作用強(qiáng)弱。 礦物礦物陽離子交換陽離子交換容量容量水化水化程度程度其他其他蒙脫石蒙脫石最高最高最好最好分散度也好分散度也好高齡石高齡石低低差差分散度也低,顆粒粗,非分散度也低,顆粒粗,非膨脹型礦物膨脹型礦物伊犁石伊犁石較低較低差差晶層晶層K的特殊作用,非的特殊作用,非膨脹型礦物膨脹型礦物聊城大學(xué)材料物理化學(xué)(2)、粘土分散度:、粘土分散度: 粘土顆粒的棱邊面積及比

22、表面積粘土顆粒的棱邊面積及比表面積 比如:比如:高嶺石:粒度越細(xì),邊面越高嶺石:粒度越細(xì),邊面越多,結(jié)合水量越大;多,結(jié)合水量越大;而蒙脫石、蛭石的而蒙脫石、蛭石的結(jié)合水量與粒度關(guān)系不大。結(jié)合水量與粒度關(guān)系不大。聊城大學(xué)材料物理化學(xué)(3)、吸附的陽離子種類:、吸附的陽離子種類: A、對異價(jià)離子:、對異價(jià)離子:一價(jià)一價(jià)二價(jià)二價(jià)三價(jià)三價(jià) B、對同價(jià)離子:、對同價(jià)離子: 離子半徑大離子半徑大水化半徑小水化半徑小吸附水量少吸附水量少例:以100gNa土和Ca土為例,其吸附容量分別為23.7和18.060聊城大學(xué)材料物理化學(xué)離離子子價(jià)價(jià)效效應(yīng)應(yīng)離子離子半徑半徑效應(yīng)效應(yīng)Clay Li+ Clay Na+

23、Na+Na+Clay Ca2+Ca2+ 76.2水分子/Ca2175水分子/Na 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)Ca水化1.2nm1.7nmCaCa蒙脫石:晶格膨脹蒙脫石:晶格膨脹CaNaNa0.88nmNa1.7nm4nmNaNaNaNaNaNaNa蒙脫石:晶格膨脹、晶層分離蒙脫石:晶格膨脹、晶層分離聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n因此,為了提高粘土(如膨因此,為了提高粘土(如膨潤土)的水化性能,一般需潤土)的水化性能,一般需將其水化,使鈣膨潤土變?yōu)閷⑵渌光}膨潤土變?yōu)殁c膨潤土鈉膨潤土聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n不同交換陽離子引起水化程度不同不同交換陽離子引起水化程度不同的原因:的原因:n粘土單元層間的作用力:n

24、1. 層間陽離子水化產(chǎn)生的膨脹力及層(帶負(fù)電荷)間的斥力。n2. 粘土單元:晶層層間陽離子晶層 之間的靜電引力聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n鈣土:晶格膨脹靜電引力大于晶層間斥力n鈉土:晶層分離晶層斥力大于靜電引力 粘土滲透膨脹,形成擴(kuò)散雙電層 雙電層斥力導(dǎo)致晶層分離65聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 固體與液體接觸,除了潤濕、鋪展和吸附外,還可呈固體與液體接觸,除了潤濕、鋪展和吸附外,還可呈現(xiàn)出帶電現(xiàn)象,使固液界面出現(xiàn)特殊的現(xiàn)出帶電現(xiàn)象,使固液界面出現(xiàn)特殊的雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu)。界。界面帶電后具有特殊性質(zhì),可在外電場作用下,使固液界面帶電后具有特殊性質(zhì),可在外電場作用下,使固液界面發(fā)生相對位移,從而導(dǎo)致電位或電

25、流的產(chǎn)生,即面發(fā)生相對位移,從而導(dǎo)致電位或電流的產(chǎn)生,即動電動電現(xiàn)象現(xiàn)象。聊城大學(xué)材料物理化學(xué)n膠體帶負(fù)電膠體帶負(fù)電周圍必然分布水化正離子以保持周圍必然分布水化正離子以保持整個分散體系電中性整個分散體系電中性雙電層雙電層雙電層中的正離子雙電層中的正離子 膠粒表面負(fù)電荷膠粒表面負(fù)電荷吸引力吸引力熱運(yùn)動熱運(yùn)動擴(kuò)散至液相擴(kuò)散至液相兩種相反作用兩種相反作用正離子擴(kuò)散地分布在界面周圍正離子擴(kuò)散地分布在界面周圍擴(kuò)散雙電層擴(kuò)散雙電層聊城大學(xué)材料物理化學(xué)1 1、膠體的動電性質(zhì):、膠體的動電性質(zhì): 在電場作用下,膠體中固體顆粒相對于液相在電場作用下,膠體中固體顆粒相對于液相作相對移動時(shí)表現(xiàn)出來的電學(xué)性質(zhì)稱為膠體

26、的作相對移動時(shí)表現(xiàn)出來的電學(xué)性質(zhì)稱為膠體的動電性質(zhì)動電性質(zhì)流動電位、沉降電位聊城大學(xué)材料物理化學(xué)2、電位:電位: 在外電場作用下,粘土質(zhì)點(diǎn)及吸附牢固的水在外電場作用下,粘土質(zhì)點(diǎn)及吸附牢固的水化陽離子向陽極移動,此層稱為化陽離子向陽極移動,此層稱為吸附層吸附層。另一部。另一部分水化陽離子卻向陰極移動,稱為分水化陽離子卻向陰極移動,稱為擴(kuò)散層擴(kuò)散層聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 吸附層()、擴(kuò)散層()所帶電荷相吸附層()、擴(kuò)散層()所帶電荷相反,反,電位不同,相對運(yùn)動時(shí)存在電位差,稱為電位不同,相對運(yùn)動時(shí)存在電位差,稱為動電電位動電電位或稱為或稱為-電位電位 (即吸附層表面與擴(kuò)散層外整體的電即吸附層表面與擴(kuò)

27、散層外整體的電位差位差)70聊城大學(xué)材料物理化學(xué)3、電位:電位: 質(zhì)點(diǎn)表面與擴(kuò)散層總電位質(zhì)點(diǎn)表面與擴(kuò)散層總電位差稱為差稱為熱力學(xué)電位差熱力學(xué)電位差或或-電位電位(或(或E表示)表示) 顯然:顯然: 或或E 聊城大學(xué)材料物理化學(xué)介質(zhì)中,粒子移介質(zhì)中,粒子移動時(shí),吸附層隨動時(shí),吸附層隨膠粒一起移動,膠粒一起移動,滑動面滑動面在吸附層在吸附層與擴(kuò)散層之間。與擴(kuò)散層之間。E吸附層吸附層擴(kuò)散層擴(kuò)散層距離距離d固體固體表面表面帶電帶電:吸附層界面:吸附層界面(滑動面)(滑動面)均勻液相均勻液相:固體表面:固體表面均勻液相均勻液相聊城大學(xué)材料物理化學(xué)吸附層吸附層擴(kuò)散層擴(kuò)散層距離距離d粘土表面雙電層Clay溶

28、劑化水聊城大學(xué)材料物理化學(xué)4、陽離子對、陽離子對電位的影響:電位的影響: A、-電位與陽離子濃度有關(guān),電位與陽離子濃度有關(guān), -電位隨擴(kuò)電位隨擴(kuò)散層厚度減小而減小散層厚度減小而減小 任何電解質(zhì)的加入均會影響任何電解質(zhì)的加入均會影響-電位。電解電位。電解質(zhì)具有質(zhì)具有壓縮雙電層壓縮雙電層作用:作用:電解質(zhì)電解質(zhì)陽離子濃度陽離子濃度越易擴(kuò)散越易擴(kuò)散進(jìn)入吸附層機(jī)會進(jìn)入吸附層機(jī)會膠粒凈負(fù)電荷膠粒凈負(fù)電荷擴(kuò)散層變薄擴(kuò)散層變薄-電位電位聊城大學(xué)材料物理化學(xué)-0+d112d21234 1234 :電解質(zhì)加入量:電解質(zhì)加入量4等電態(tài)等電態(tài) 電解質(zhì)電解質(zhì)吸附層吸附層逐漸壓縮雙電層厚度逐漸壓縮雙電層厚度d3 3075聊城大學(xué)材料物理化學(xué) 雙電層厚度雙電層厚度d d越小,越小,-電位越小。電位越小。 故:隨電解質(zhì)濃度故:隨電解質(zhì)濃度C增加,雙電層厚度增加,雙電層厚度d下下降,降,-電位下降電位下降 聊城大學(xué)材料物理化學(xué) B、 一般有高價(jià)陽離子或大有機(jī)離子存在一般有高價(jià)陽離子或大有機(jī)離子存

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