ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Глины из "Физика растворов" Глинь1, наряду с песком и илом, являются широко распространенным компонентом почвы. Частицы глины, содержащиеся в почве, чрезвычайно мелки, их размер определяется свойствами глинистых минералов. -Глинистые минералы — это поликристаллы алюмосиликатов, которые состоят из очень мелких кристалликов-микрокристаллов. Микрокристаллы алюмофшикатов представляют собой стопки из наложенных др)т на друга алюмосиликатных пластин. Размеры микрокристаллов глинистых минералов обычно порядка 1 мкм или менее, часто под электронным микроскопом видны пластины размером в сотни А. [c.52] К группе смектитов относятся бейделлит (в котором кремний частично замещен алюминием), нонтронит (в котором алюминий частично замещен железом), сапонит и стивенсит (алюминий частично замещен магнием). [c.53] Когда толщина водного слоя достигает величины 15—20 А, характер набухания меняется. Толщина водной прослойки увеличивается скачком до величины в несколько десятков ангстрем и в дальнейшем при набухании растет линейно с количеством прилитой воды, т.е. вся вода в набухающем монтмориллоните включается в водные зазоры между алюмосиликатными пластинами. [c.54] Экспериментально набухание монтмориллонита в области толщин водных промежутков менее 20 А обычно исследуют, либо меняя упругость насыщенного пара воды, находящейся в равновесии с набухающей глиной, либо исследуя набухание монтмориллонита в растворах электролита (при этом увеличение толщины водного слоя достигается при уменьшении концентрации электролита в водном растворе). Набухание в области толщины водных прослоек более 20 А обычно исследзш)т, изучая равновесие набухшей глины с раствором электролита при этом при уменьшении концентрации соли в электролите межплоскостное расстояние в стопках алюмосиликатных пластин увеличивается (рис. 3.11). [c.54] Резкий переход от скачкообразного набухания при малых величинах водных промежутков к практически непрерьшному набуханию при больших (более 20 А) толщинах водных промежутков можно получить, не только уменьшая концентрацию соли в электролите, находящемся в равновесии с набухающей глиной, но также и путем нагревания [9]. [c.54] В экспериментах по набуханию монтмориллонита под давлением [10] при проведении дифракции рентгеновских лучей одновременно наблюдались два рефлекса, соответствующих отражениям от брегговских плоскостей, отстоящих на 19 и 45 А (рис. 3. 12). Таким образом, в этих опытах наблюдалось существование двух фаз набухшего монтмориллонита, находящихся в равновесии и соответствующих различным концентрациям монтмориллонита в растворе. [c.55] В ряде экспериментов исследовалась зависимость набухания монтмориллонита от сорта обменного катиона, связанного с алюмосиликатными пластинами. При этом, однако, наблюдается сегрегация катионов с различным зарядом, аналогичная той, которая была описана в разделе 2.8. Например, катионы К и катионы Са перераспределяются в набухающей глине так, что различные катионы находятся в различных водных промежутках. Поэтому в таких экспериментах наблюдаются различные периоды у алюмосиликатных стопок, разделенных водными промежутками, соответствующие различным обменным катионам. [c.55] В заключение этого краткого обзора экспериментальньк данных по набуханию глин отметим, что это набухание может быть либо неограниченным (как в случае одновалентных обменных катионов), либо ограниченным (в случае двух- и трехвалентных катионов). [c.56] Результаты расчета на ЭВМ 4] качественно согласуются с экспериментальными данными работы [13]. [c.57] Опираясь на эти экспериментальные данные, рассмотрим, в рамках теории молекулярного поля для степени диссоциации противоионов, закономерности ограниченного и неограниченного набухания глин [15]. Заметим, что силы отталкивания двух соседних алюмосиликатных пластин глины складываются из экспоненциально падающих и осциллирующих сил гидратации и сил осмотического давления диссоциировавшей части противоионов. [c.57] Введем предположение о простейшей зависимости степени диссоциации а от усредненного по водному слою параметра упорядоченности воды s, а именно а 1 - s. Тогда можно найти зависимость толщины водного слоя от внешнего осмотического давления, а также критическую точку изотермы набухания, условия равновесия квазикристаллической и ламеллярной фаз, условия ограниченного и неограниченного набухания, фазовый переход при изменении ионнной силы, температуры н давления, условия сосуществования различных квазикрист лических фаз и характер увеличения площади алюмосиликатных пластин глины при набухании. [c.57] Рассмотрим модель, позволяющую объяснить ряд закономерностей набухания ламеллярных фаз глин. [c.57] Энергия диссоциации ионов, связанных с пластинами, уменьшается с ростом толщины I водного слоя вследствие увеличения энергии гидратации воды, окружающей данный диссоциированный ион с увеличением / степень диссоциации а (/) будет расти. [c.58] Рассмотрим случай U2 =0,р = 0. Если диссоциации ионов нет, набухание при добавлении воды будет ограниченным, когда количество воды превысит предельное (соответствующее толщине водного слоя /3, см. рис. 3.15), начнет отслаиваться чисто водная фаза. [c.59] Скачкообразный переход от К- к -фазе при набухании в растворе электролита можно вызвать понижением ионной силы (по Норришу, см. [5] к гл. 2)при этом радиус дебаевской экранировки увеличивается, осмотическое давление ионов в середине водного слоя растет, и при снижении концентрации электролита до критической кривая ван-дер-ваальсовых (ВдВ) сил притяжения 1рз [коснется кривойpj +Рз (а при дальнейшем понижении ионной силы пересечет) в области -фазы (точка /] на рис. 3.15). [c.60] Осцилляции давления р, (6 2 э О) приводят к появлению полочек / = onst на кривых зависимости периода квазикристаллической структуры от осмотического давления при набухании глин [8]. Различные квази-кристаллические А ч )азы, соответствуюише различным осцилляциям pi, также могут сосуществовать в набухшей глине [8] (рис. 3.16). [c.60] Если -фаза набухшей глины, подверженной действию внешнего давления р, находится в равновесии с водой, не находящейся под давлением, то предельное набухание с увеличением давления, в соответствии с (3.25), будет падать, и при давлении превышающем критическое (р р на рис. 3.15), ламеллярная фаза исчезает. Этот вывод согласуется с экспериментом по набуханию глины под давлением [10] (на опыте р р 10 атм). [c.60] Согласно этой гипотезе, на поверхности частиц глины могло происходить образование полипептидов из отдельных аминокислот, растворенных в окружающей воде. Предполагается, что поверхность алюмосиликатных пластин может служить и шаблоном, и катализатором при,образовании длинных пептидных цепей или белков. Эта гипотеза исследовалась экспериментально (см. в работе [20]). Добавляя к раствору различных глинистых минералов небольшое количество аминокислоты (глицина),авторы проводили затем циклическую гидратацию и дегидратацию при одновременном периодическом изменении температуры. В контрольных экспериментах проводились циклы нагрева и охлаждения без изменения влажности. Было обнаружено, что наибольшее количество пептидов возникало в условиях, когда глина подвергалась периодическим изменениям и температуры, и влажности. На основании этих экспериментальных данных авторы предположили, что флуктуации температуры и влажности приводили к распределению и перераспределению аминокислот на поверхности частиц глины, что спосо твовало связыванию аминокислот в пептидные цепи. При добавлении воды освобождаются активные места на поверхности алюмосиликатных пластин, в которых происходит каталю при образовании пептидов из аминокислот. При повышении температуры вода испаряется и возникают новые места для катализа, доступные для других аминокислот, которые присоединяются к существующим цепям или образуют новые цепи. Поскольку в условиях древней Земли в воде присутствовало несколько сортов аминокислот, эти циклы флуктуирующей температуры и влажности могли привести к образованию сложных пептидов и предшественников больших белковых молекул. [c.61] Вернуться к основной статье