РН жидкой компоненты.

Во-первых, как мы уже обсуждали, катионы Н+, образующиеся в результате диссоциации воды на ионы:

Н₂О↔Н⁺+ОН^-

обладают малыми размерами, легко проникают в решетку, изменяя ее заряд. Катионы ОН^- также легко адсорбируются на поверхности частиц из-за своего большого дипольного момента.

Во-вторых, происходит перезарядка атомов боковых сколов. Развитие этого процесса обусловлено амфотерными свойствами молекул бокового скола октаэдрической решетки, который ведет себя как гидрат окиси алюминия Al(OH)₃ (основание).

В кислой среде скол октаэдрической решетки ионизируется по щелочному типу:

Al(OH)₃↔Al(OH)₂⁺ +OH^- ,

а в щелочной по кислотному:

Al(OH)₃↔Al(OH)₂O^-+H⁺

В результате в кислой среде боковой скол заряжается +,а в щелочной –. Поэтому:

а) в кислой среде поверхность частиц и сколы обладают разными знаками и общая величина φ и ζ будет понижена, и, кроме этого частицы приобретут сильный дипольный момент.

б) в щелочной среде, наоборот, увеличена.

без дипольного момента.

Температурное влияние среды.Является довольно сложным и для различных перечисленных влияющих факторов – различным, т.к. температура влияет на все условия термодинамического состояния.

С одной стороны: растет интенсивность теплового движения катионов и диполей воды – диффузный слой увеличивается, ζ растет.

С другой – уменьшается диэлектрическая проницаемость воды. Так при увеличении t с 20^оС до 60^оС диэлектрическая проницаемость воды снижается с 80 до 66. Это вызывает соответствующее уменьшение ζ и D.

Ионный обмен.

Ионный радиус, валентность, поляризуемость определяется составом катионов дисперсной среды.

В стабильных термодинамических условиях диффузный слой и катионы дисперсной среды находятся в равновесном состоянии. Но как показал К.К.Гедройц (1918-1932), при изменении условий начинается обмен ионами.

При этом часть ионов уходит из диффузного слоя, а часть входит в него. Общее число ионов в грунте, способное участвовать в таком обмене при данных условиях называется емкостью обмена или емкостью поглощения. Она выражается в миллиграммах-эквивалентах на 100г сухого грунта.

Очевидно, что емкость обмена зависит от всех перечисленных факторов.

Влияют: химический тип катионов (ионные радиусы, валентность, степень поляризуемости, концентрация катионов среды, t, pH, P, диэлектрическая проницаемость.

1) По мере увеличения валентности способность катионов поглощаться грунтом возрастает. Аналогично увеличивается и степень поляризуемости. Происходит усиление электростатического воздействия, уменьшается D и ζ, увеличение скорости взаимодействия.

При наличии в растворе катионов с различной валентностью, равновесие всегда смещается в сторону катиона с большей валентностью.

2) Чем больше ионный радиус, тем, при той же валентности больше способность поглощаться (исключение Н+). При увеличении ионного радиуса. При увеличении ионного радиуса, уменьшается способность гидратироваться.

3) Катионный обмен – обратимый процесс.

4) Его интенсивность подчиняется закономерности - чем больше концентрация, тем быстрее скорость обмена.

По своей активности на основе 1) и 2) катионы можно построить в такой ряд: Fe >Al > H > Ba > Ca >Mg > NH4 >K>Na>Li.

Наиболее часто встречаются Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, К⁺, Н⁺.

Исследование состава обменных катионов указывает на его связь с генезисом.

Промытые ледниковыми, речными, атмосферными водами отложения содержат Н⁺. В породах, образовавшихся при выветривании основных, изверженных и других пород, богатых магнием (габбро, доломитизированных мергелистых глинах) содержится Mg²⁺. Наиболее широко распространен Са²⁺ в связи с широким распространением солей кальция и его высокой активностью в обменных реакциях. В морских водах, присутствие известковой составляющей (раковины), создает условия для замены натрия кальцием. Na⁺ присутствует в условиях растворения солей Na.

При прочих равных условиях, очевидно наибольшей емкостью обмена будут обладать минералы с наименьшими S поверхности и наибольшей жесткостью. Среди глинистых основных минералов это каолинит 3-15мг/экв на 100г. Минимум изоморфных замещений, почти нет. Активны только боковые сколы. Поэтому емкость обмена каолинита особенно зависит от рН среды.

У гидрослюды уже наблюдаются изоморфные замещения. И хотя калий не дает раздвигаться слоям, ее внешние базальные поверхности несут значительный отрицательный заряд. Отсюда обмен происходит по сколам и по базальным поверхностям. И емкость обмена достигает 10-40 мг-экв на 100г. Это экстрамицелярный обмен (по терминалогии Г.Вигнера) (поверхностно-мицельный).

У монтмориллонита обмен и экстра и интрамицелярный. Участвуют в обмене и сколы, и внешние, и внутренние поверхности. Поэтому емкость обмена монтмориллонита в нейтральной среде (рН=7) составляет 80-150 мг-экв на 100г.

Влияние обменных катионов на содержание прочно и рыхлосвязанной воды принципиально различно.

Катионы в растворе с высокими валентностями как обладающие высокой гидратируемостью, способствуют образованию прочно-связанной воды. Поэтому величина Wмг изменяется в зависимости от валентности обменных катионов как:

Катион ³⁺ > катион ²⁺ > катион⁺.

При образовании диффузного слоя рыхлосвязанной воды большая величина валентности ведет к прочному прилипанию высоковалентных ионов к поверхности частиц и уменьшению диффузного слоя, уменьшению кол-ва осмотической связанной воды. Здесь зависимость выглядит:

Катион⁺ > катион ²⁺ > катион ³⁺.

Т.к. содержание прочносвязанной воды в грунте составляет первые %, а основное содержание обуславливает слабосвязанная вода, то последнее отношение характерно и для общего кол-ва воды в грунте.

Тема 5.