Теория и технология литейного производства: Учебное пособие, страница 42


дом тетраэдров и водородом внешних ОН-групп. Пакеты электриче­ски нейтральны.

Пакет монтмориллонита (рис.2.4,б) состоит из трех слоев: двух кремнекислородных тетраэдрических, расположенных на внешних плоскостях, и одного внутреннего алюмокислородного с OH-группами октаэдрической упаковки. Как и в каолините, связь между ионами внутри пакета валентная, прочная. Взаимодействие пакетов осуществляется межмолекулярными (ван-дер-ваальсовыми) силами между одноименными внешними ионами кремнекислород- ного тетраэдра соседних пакетов. Это взаимодействие более слабое, чем в каолините (где действуют H-связи). Такая взаимосвязь позво­ляет воде проникать между пакетами (+Н20 в формуле монтморил­лонита), увеличивая межплоскостное расстояние до 21,4-Ю~10 м (вместо 9,2-9,4-Ю-10 м у сухого бентонита), что вызывает набухание глины при увеличении ее объема в 10-15 раз.

Структура кристаллической решетки мусковита (рис.2.4,в) имеет такой же вид, как и монтмориллонита, с той разницей, что вместо молекул воды между пакетами расположены ионы калия "и каждый четвертый ион кремния в кремнекислородном тетраэд­ре замещен ионом алюминия в соответствии со структурной фор­мулой 2KAl2[Si3AlO10](OH)2. При замещении ионов кремния ио­нами алюминия образующийся недостаток зарядов компенсируется зарядами ионов калия, которые располагаются между пакетами в середине гексагональных пустот поверхностно­го кислородного слоя. Пакеты накладываются друг на друга так, что ион калия оказывается равноудаленным от 12 атомов кисло­рода (по 6 атомов от каждого пакета). Большим различием между структурой монтмориллонита и мусковита является то, что кати­он калия, компенсирующий заряд алюминия, очень прочно удерживается в пакете, не имея возможности проявить обменных свойств. Кроме того, близкое соответствие между размерами ион­ного радиуса иона калия и гексагональных полостей кремнекис- лордных тетраэдров дает возможность осуществлять плотную упаковку с координационным числом 12. Следовательно, в мус­ковите между пакетами наблюдается валентная связь за счет ио­нов калия. Однако и здесь легче оторвать пакет от пакета, чем разорвать валентную связь внутри пакета. Межплоскостное рас­стояние в мусковите составляет примерно 10-Ю-10 м.

Наиболее слабые связи между пакетами у монтмориллони­та, наиболее прочные — у мусковита, каолинит занимает проме­жуточное положение. Сила межпакетных связей является основ­ным фактором, формирующим удельную поверхность глинистых минералов. В связи с этим бентонит имеет наибольшую удельную поверхность, гидрослюдистые глины — наименьшую, а это в свою очередь в определенной степени определяет прочностные показатели глин, связанные с активными центрами глинистых минералов.


Активные центры в системе глина — вода, обладающие по­вышенной энергией, возникают на частицах глины следующим об­разом: каждый ион кристаллической решетки, находящийся внутри тела, имеет какой-то заряд и окружен определенным чис­лом ионов с зарядом противоположного знака, вследствие чего полностью насыщен связями с этими ионами. Такое положение нарушается на поверхности частиц, где возникают нескомпенси- рованные поверхностные заряды вследствие изоморфных замеще­ний ионов решетки (выходящей на поверхность частицы) на ионы с меньшим зарядом, в углах и ребрах кристаллов, в местах ско­лов. Кроме того, в определенных условиях молекулы поверхност­ных частиц глины диссоциируют на ионы, часть которых уходит в дисперсную среду, другая часть остается на своем месте, нару­шая электростатическое равновесие. Возникновение новых ак­тивных центров может иметь место вследствие так называемой сверхэквивалентной избирательной адсорбции ионов из дисперси­онной среды, когда часть заряда адсорбента остается нескомпен- сированной. Еще одним источником образования активных цен­тров является обмен водорода ОН-группы глинистой частицы на металлические ионы. Могут быть другие источники появления активных центров на поверхности частиц глины.