В связи с этим значения коэффициентов массовой максимальной гигроскопической влагоемкости осадочных пород известняков возрастают с увеличением глинистости. Максимальная гигроскопическая влагоемкость зависит и от состава поглощенных ионов, что объясняется ориентацией неодинаковых количеств диполей воды вокруг различных по заряду и радиусу ионов. Такой механизм накопления гигроскопической воды многие исследователи или вовсе отрицают, или придают ему небольшое значение.
Значения коэффициента массовой максимальной адсорбционной влагоемкости находятся в пределах 0,1—50% и обычно не превышают 13% (у глин). Они возрастают также с увеличением глинистости и емкости обмена, а, следовательно, и удельной поверхности пород.
3.5. Двойной электрический слой
При наличии воды в породе на границах фаз протекают электрохимические реакции, и по обе их стороны создается двойной электрический слой (ДЭС) — особое распределение электрических зарядов в приграничных областях соприкасающихся фаз пород. При наличии ДЭС каждая фаза имеет объемный заряд и между ними есть разность электрических потенциалов. Этот слой состоит из ионного, адсорбционного и ориентационного видов ДЭС.
Для примера, ионный состав некоторых химических соединений: Н2О ↔ Н+ + ОН- ; НС1 ↔ Н+ + Сl- ; КС1 ↔ К+ + С1-
Рис. 3.1. Схема образования двойного электрического слоя
Ионный вид ДЭС, создается за счет остаточных электрических сил на поверхности твердого компонента пород при разных химических потенциалах одинаковых ионов в различных фазах породы. Он состоит из слоя дегидратированных, потенциалопределяющих ионов в твердой фазе и слоя гидратированных противоионов в жидкой. Потенциалопределяющие и противоионы имеют разный знак, поэтому отдельные фазы заряжены, а в целом порода нейтральна. Потенциалопределяющие ионы расположены у самой границы раздела фаз с плотностью, убывающей в глубь твердой фазы. Они сообщают последней определенный (положительный или отрицательный) потенциал (знак заряда) поэтому и называются потенциалопределяющими. Знак и объем заряда твердой фазы зависят от химического состава контактирующих фаз и состояния поверхности их раздела.
Слой гидратированных противоионов примыкает к твердой фазе пород; он удерживается здесь потенциалопределяющими ионами. Однако тепловое молекуляроное движение в жидкой фазе размывает этот слой, поэтому он имеет неподвижную и диффузную части. Неподвижная или плотная часть слоя противоионов располагается в поровом пространстве и примыкает к твердой фазе, за нею следует диффузная, где плотность ионов убывает по направлению от твердой в глубь жидкой фазы.
Адсорбционный вид ДЭС возникает в результате избирательной адсорбции ионов электролита на незаряженной поверхности твердой фазы. Электролит не имеет общих с твердой фазой ионов. Адсорбируется тот его ион, который имеет большую валентность и меньший гидратный радиус; он ближе подходит к адсорбенту и прочнее удерживается здесь ван-дер-ваальсовыми силами. Последние возникают на поверхности твердой фазы под действием адсорбирующегося иона. Приближаясь к адсорбенту, он поляризует его поверхностные атомы, при этом деформируются их электронные оболочки и атомы превращаются в мгновенные диполи, способные удерживать адсорбирующиеся ионы. Ионы электролита поляризуют атомы твердой фазы тем сильнее, чем больше их электрическое поле. В частности, катионы деформируют поверхностные атомы адсорбента тем больше, чем выше их заряд и меньше гидратный радиус. Деформируемость увеличивается с возрастанием размеров атомов и ионов. Анионы больше по размеру, чем катионы, поэтому поляризация их значительнее.
Структура ДЭС адсорбционного вида не отличается от ионного ДЭС, но адсорбированные и противоионы этого слоя находятся в электролите.
Ориентационный вид ДЭС формируется из дипольных молекул воды. Часть из них ориентируется и удерживается в поровом пространстве около положительных и отрицательных некомпенсированных или ван-дер-ваальсовых зарядов на поверхности твердой фазы пород, образуя слой прочносвязанной воды. Поле этого слоя и остаточные электростатические силы ориентируют дополнительные количества воды, которые создают рыхлосвязанный ее слой. К рыхлосвязанной воде относят также воду, ориентированную у ионов диффузной части ДЭС. Эти оба слоя образуют двойной электрический слой ориентационного вида — связанную воду.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.