В зависимости от свойств твердой фазы и электролита преимущественное развитие получает какой-то один или два вида ДЭС.
Двойной электрический слой, включающий все три вида ДЭС, возникает, в поровом пространстве кальцита и чистых (не содержащих глинистых частиц) известняков, насыщенных хлоридными, преимущественно натриевыми, водами состава и минерализации 10 г/л. Электрические силы поверхности твердой фазы на него практически не действуют. Таким образом, твердая фаза заряжается положительно, а электролит отрицательно.
Аналогичен механизм образования ДЭС в глинах. На поверхности глинистых частиц расположены преимущественно отрицательные ионы, возникшие из-за диссоциации алюмосиликатного компонента пород, они притягивают из раствора положительные ионы; образуется плотная и диффузная части ДЭС. Адсорбированные ионы ориентируют находящиеся в непосредственной близости к ним диполи воды.
Двойной электрический слой имеет разную толщину, неодинаковые падения потенциалов на этой толщине и подвижной части диффузного слоя. Толщина ДЭС — это расстояние между центрами тяжести зарядов потенциалопределяющего и диффузного слоев. Она может изменяться от нескольких десятых нанометра до нескольких сот микрометров. Чем больше концентрация электролита породы, тем меньше толщина ДЭС. Двойной электрический слой сжимается в результате уменьшения толщины пленки рыхлосвязанной воды и диффузной части слоя противоионов. При значительной концентрации порового электролита эти слои могут отсутствовать, что объясняется высоким осмотическим давлением молекул и ионов высокоминерализованного электролита, при котором тепловое молекулярное движение не способно отрывать ионы и диполи воды от поверхности раздела фаз и распределять их диффузно в электролите.
В двойном электрическом слое свойства воды и ионов отличны от тех же свойств в свободном растворе.
Прочносвязанная вода плотнее свободной (плотность ее от 1,2 до 2 г/см3), обладает большей вязкостью, прочностью на сдвиг, упругостью и меньшей электропроводностью, чем дистиллированная вода. Связанная вода замерзает в разных породах при неодинаковой температуре: в каолините — при -20 °С, в монтмориллоните при -193°С. Причем температура замерзания определяется удельной поверхностью и размером пор. В ультрамикроскопических порах она замерзает труднее. Количество замерзшей воды зависит и от состава обменных ионов. При образовании прочносвязанной воды выделяется значительное количество тепла. Эта вода не растворяет ни солей, ни сахара, на чем основано определение ее объема в породе.
Рыхлосвязанная вода ближе по свойствам к свободной, но вязкость первой выше, чем последней, и она может медленно перемещаться от одного участка твердой фазы пород к другому. Температура замерзания этой воды —1,5°С, незначительна и способность ее растворять обычно растворимые вещества.
Противоионы диффузной части ДЭС на расстояниях от твердой фазы, больших толщины двух-трех молекул воды, подвижны. Они перемещаются в породе вместе с водой под действием тангенциального электрического поля или градиента давления. Однако скорость передвижения (или подвижность) ионов в ДЭС значительно меньше, чем та же за его пределами, в свободном растворе. При движении иона в ДЭС на него действуют силы: внешнего электрического поля, обусловленная трением в связанной воде, определяющиеся электростатическим взаимодействием между подвижными ионами (силы релаксационного эффекта и электрофоретическая), обусловленная ионным электростатическим полем твердой фазы. Все они, за исключением силы поля Е, тормозят движение иона.
Двойной электрический слой, в частности слой связанной воды, только у глин, трепелов, диатомитов, пепловых, туфов, цеолитов и т. д. и пород с большим содержанием адсорбентов (сильно глинистые песчаные, известковые и магнезиальные породы) занимает значительную долю порового пространства. В таких породах преобладают мезопоры и значительна удельная поверхность (10—100)•103 м3кг. У других пород доля порового объема, приходящаяся на ДЭС, невелика. Поровый объем, представленный в основном сверхкапиллярными и капиллярными порами, заполнен почти нацело свободной водой. Она изменяется по составу и минерализации для разнотипных и разновозрастных пород, залегающих на различной глубине.
3.6. Структурные особенности жидкой воды
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.