Способность глин к ионному обмену

Процессы ионного обмена имеют важное значение в природе и технике. Так, к интенсивному ионному обмену способен ряд глинистых минералов, представляющих собой слоистые алюмосиликаты с толщиной слоев (межплоскостным расстоянием, перпендикулярным плоскости спайности) около 9 А. Роль потенциалопределяющих ионов играют покрывающие поверхности таких тонких пластинок кремнекислотные группы, тогда как противоионами, способными к ионному обмену, являются катионы. В зависимости от состава среды глины могут содержать в качестве противоионов ионы натрия (Na-форма глин), кальция и др. [c.212]

Способность к ионному обмену в значительной степени определяет функционирование и плодородие почв, которые являются сложной дисперсной системой, содержащей высокодисперсные нерастворимые силикаты и алюмосиликаты (прежде всего в виде кремнезема и глин) и органо-минеральные соединения, образующиеся при разложении органических остатков (в целом — почвенный поглощающий комплекс, по Гедройцу). Состав почв, их способность к ионному обмену и их плодородие в большой мере зависят от климатических условий. Выветривание горных пород приводит к образованию различных глинистых минералов, способных к обмену катионов, при емкости обмена до 1 г-экв/кг. [c.212]

Уже было показано, что в межпакетных пространствах глинистых минералов, особенно смектитов, ионы удерживаются слабо, что придает им способность к ионному обмену. Ионный обмен в глинистых минералах может быть также поверхностным явлением. В результате повреждений на краях минералов могут разрушаться связи и обнажаться как некоординированные кислородные атомы (участки с чистым отрицательным зарядом), так и некоординированный кремний или другие ионы металлов (участки с чистым положительным зарядом). Такие поверхностные заряды компенсируются путем электростатической адсорбции катионов или анионов соответственно. Кроме того, в глинах с поврежденными октаэдрическими слоями могут обнажаться ОН-группы. В условиях высоких значений pH такие ОН-группы могут диссоциировать с образованием отрицательного заряда, который нейтрализуется другими катионами, например, [c.114]

Иониты. Способностью к ионному обмену обладают многие природные вещества глины, апатиты, угли, а также синтетические вещества — плавленые цеолиты, молекулярные сита, гидроксиды железа и алюминия, смолы. Ионообменные смолы имеют особое значение. Только с их появлением ионообменные процессы нашли широкое промышленное применение. [c.386]

Исследования Уэя давали также ключ к выявлению тех компонентов почвы, которые обладали способностью к ионному обмену. Он констатировал, что почва состоит главным образом из песка, глины и веществ растительного происхождения. Эксперименты с чистым песком убедили его в том, что песок не обладает [c.7]

Вследствие большой дисперсности глин многие качества их связаны с поверхностными свойствами, важнейшими из которых являются сорбционные свойства и способность к ионному обмену в водных растворах. [c.87]

В зависимости от минералогического состава глины обладают различной способностью к ионному обмену. [c.88]

Как было показано в предыдущем разделе, получение искусственных обменных сорбентов основывается на использовании способных к ионному обмену природных веш,еств, которые имеют неорганическую природу и ближе всего стоят к силикатам. Работа по синтезу была направлена, с одной стороны, на получение веществ состава, тождественного или аналогичного составу природных цеолитов с другой стороны, изучался путь, который называется активирование минералов . Полный синтез искусственных цеолитов не был достигнут ни сплавлением гидролизованного стекла (плавленые цеолиты), ни способом осаждения (гелеобразные обменники). К последнему типу относятся искусственные гели преимущественно амфотерного характера, способные к связыванию анионов. При активировании в качестве исходных веществ используют преимущественно природные, более или менее способные к обмену оснований минералы или по меньшей мере легкодоступное сырье пемзу или аналогичные ей вулканические образования, натриевую глину, глауконит и др. вещества. Обзор важнейших типов неорганических ионообменников приведен в уже упоминавшейся табл. 2. [c.40]

Нами неоднократно указывалось [9—12] на тесную взаимосвязь особенностей кристаллического строения и коллоидно-химических свойств глинистых минералов их способность к ионному обмену, адсорбция веществ различной полярности, проявления упруго-пластичных свойств в пастах и тиксотропии в суспензиях. Поэтому единственной научной основой практического применения глин в народном хозяйстве является их комплексное (минералогическое, кристаллографическое и физико-химическое) исследование. К сожалению, приходится констатировать, что даже в настоящее время некоторые работы почвоведов, технологов, химиков выполняются без учета реальной кристаллической структуры природных сорбентов. [c.25]

Глинистые минералы составляют группу слоистых и слоисто-ленточных силикатов и состоят в основном из двух структурных элементов - кремнекислородного тетраэдра и алюмокислородного октаэдра. Они характеризуются гидрофильной поверхностью, способностью к сорбции и ионному обмену [1,2]. Из-за изоморфного замещения атомов кремния и алюминия на катионы более низкой валентности плоские грани кристаллической решетки глинистых минералов приобретают отрицательный заряд. Его компенсация происходит за счет адсорбции ионов Mg Са, Ре", К и На" . Эти катионы представляют ионообменный комплекс глин. Сила взаимодействия катионов ионообменного комплекса с кристаллической решеткой глин обусловливает их физико-химические и механические свойства, в частности, набухаемость. При контакте глин с водой молекулы воды проникают в межплоскостное пространство структурных [c.199]

Очень сильное влияние на упорядочивающее воздействие поверхности глинистых минералов на воду оказывает состав обменных катионов. Это объясняется прежде всего прочностью связи катионов с поверхностью глинистой частицы, т. е. способностью их к диссоциации и участию в катионообменных реакциях. Степень поверхностной диссоциации (т. е. поверхностного растворения) глинистых минералов, замещенных одновалентными катионами, на один-два порядка выше степени диссоциации глин, обменный комплекс которых насыщен двухвалентными катионами. При прочих равных обстоятельствах степень поверхностной диссоциации зависит не только от плотности заряда обменного катиона, но и от взаимного влияния силовых полей поверхности частицы и катиона друг на друга при взаимодействии с водой. По мере увлажнения поверхности глин вокруг обменных катионов развиваются области с упорядоченными молекулами воды. Часть слабо связанных с поверхностью катионов удаляется от нее и может участвовать в трансляционном движении вместе с молекулами воды и растворенными в ней органическими и неорганическими веществами. Если в дисперсионной среде находятся крупные гидратированные катионы (Ма+, Mg2+), то они, вытеснив с поверхности глинистого минерала менее гидратированные катионы (К+, Са ), могут привести к увеличению гидратной оболочки глинистых частиц. В натриевом бентоните по мере возрастания содержания воды и уменьшения концентрацни суспензии отдельные слои глинистых частичек полностью диссоциируют. В бентоните, обменный комплекс которого насыщен магнием или кальцием, этого не произойдет, хотя ионный радиус этих катионов в гидратированном состоянии почти в два раза превышает радиус гидратированного натрия. Это, видимо, является следствием как изменения структуры воды и размеров гидратированных катионов вблизи поверхности в зависимости от их химического сродства, так и сжатия диффузной части двойного электрического слоя. [c.70]

Наряду с катионным обменом глины обладают способностью к анионному обмену. Давно установлена способность глин поглощать фосфат-ионы. Однако исследовать реакции анионного обмена в почвах очень трудно прежде всего вследствие разложения глинистого материала в ходе реакции. Изучение анионного обмена усложняется тем, что какой-либо свободный или обмениваемый ион железа, алюминия, кальция или магния, присутствующий в глине, может образовывать нерастворимые соли с анионами. Очень трудно отличить эффект, производимый такими реакциями, от эффекта, который может быть обусловлен реакцией с глинистыми минералами. [c.11]

Рассмотрим более подробно явление обменной адсорбции на примере с глинами. Глины являются адсорбентами, способными к обмену катионами и анионами. Обменная способность глин обусловлена, главным образом, глинистыми минералами и частью органическими соединениями. Обш,ее количество обменных ионов глины, выраженное в милли-эквивалентах на 100 г породы, называется емкостью поглощения. Главными поглощенными катионами в гли- [c.292]

Способность химических реагентов эффективно воздействовать lia структурно-механические свойства шламов основана на явлении ионного обмена. Частицы минералов благодаря наличию на их поверхности электрических зарядов сорбируют из окружающей среды катионы и анионы, которые недостаточно прочно удерживаются на поверхности частиц и при определенных условиях обмениваются на другие ионы. Наибольшая склонность к ионному обмену характерна для минералов глин. Причиной катионного обмена могут быть разорванные химические связи по краям кремнезем-глиноземистых слоев, несбалансированные заряды в результате замещения ионов кремния и алюминия ионами более низкой валентности, а также замещение водорода гидроксильных групп катионом, который может вступать в обменные реакции замещения. [c.280]

Изменение состава обменных катионов позволяет воздействовать на свойства глинистого компонента, а следовательно, и на свойства сырьевых шламов цементной промышленности. Состав обменных катионов определяет pH шлама, гидрофильность глин, их способность к тиксотропии. Однако при этом необходимо учитывать, что ионный обмен и связанный с ним разжижающий эффект зависят от дисперсности и удельной поверхности компонентов смеси. С повышением дисперсности частиц возрастает их ионообменная способность, что вызывает необходимость увеличения дозировки разжижителя. [c.281]

В частности, к последним относятся флокулянты, ингибиторы гидратации (разупрочнения) глинистых пород, поверхностно-ак-тивные вещества, гидрофобизаторы и др. Глина является главным компонентом буровых растворов, а глинистые минералы обладают преимущественно гидрофильной поверхностью и способны к сорбции и ионному обмену [16, 27]. [c.43]

Глинистые минералы обладают хорошей способностью к интенсивному ионному обмену при контакте с водной фазой, благодаря чему происходит гидратация структурных элементов и, как следствие, набухание глин, приводящее к усилению тиксотропных свойств бурового раствора. Установлено, что плоские грани в структуре частиц химически активных глин — отрицательно заряженные и для компенсации заряда в этих местах обычно адсорбируются ионы натрия и кальция, обладающие высокой плотностью заряда и способностью к гидратации, что является причиной значительного усиления структурно-механических свойств глин. При контакте с поливалентной средой глинистые частицы сорбируют определенный тип катионов благодаря большому сродству их строения к обменным местам в структуре частиц. В процессе такого обмена происходит удаление воды из кристаллической [c.115]

Таким образом, физико-химические свойства глинистых растворов во многом определяются протекающими в них ионообменными и адсорбционными процессами. Способность глин поглощать ионы из окружающей среды и выделять эквивалентное количество других ионов, находящихся в данном минерале в обменном состоянии, называется обменной способностью глJ н. Последняя характеризуется емкостью поглощения и выражается количеством обменных катионов (в молях), содержащихся в 100 г сухой глины. [c.116]

Обменная способность глин играет важную роль в изменении соотношения между ионами в природной воде. Различная энергия поглощения разных катионов на одной и той же глине создает селективную избирательность поглощения, приводящую к изменениям ионного состава воды, соприкасающейся с данной породой. Склонность к поглощению при прочих равных условиях у катионов природной воды возрастает в порядке Na , К, Mg", Са". В результате этого при контакте воды с глинистой породой соотношение между ионами как в воде, так и в обменном комплексе глины будет стремиться прийти к некоторому равновесию. [c.32]

В работе [178] показано, что каталитическая активность катионзамещенных глин определяется, по-видимому, и природой обменных ионов на их поверхности, а именно, способностью этих ионов к донорно-акцепторному взаимодействию с молекулами мономеров. [c.167]

Исследованиями адсорбции электролитов удалось показать, что к обмену ионами способны многие природные и искусственно полученные вещества, например, глауконит, пермутиты, бентониты, глины, силикагель, озерные и морские ялы, стекла, цеолиты и др. С. А. Щукарев с сотрудниками показали, что процесс образования содовых и глауберовых озер и источников и в целом химический состав природных вод и вод минеральных источников обусловливается не только растворением солей близлежащих горных пород, но и в сильной степени зависит от процесса обмена ионов. Обмен ионов имеет существенное значение при образовании лечебных грязей. [c.290]

Синтетические ионообменные смолы, или иониты. Способность некоторых веществ (почв и глин) поглощать из растворов определенные соли и основания была известна еще в начале XIX в. Позднее было установлено, что это поглощение представляет собой ионный обмен. В 30-х годах нашего столетия найдено, что гораздо большей ионообменной способностью по сравнению с неорганическими веществами обладают сорбенты органического происхождения, получаемые из бурых углей. [c.435]

Присутствие цеолита можно установить по увеличению pH раствора от 6 до > 9. Если же подобному испытанию подвергаются другие способные к ионному обмену шнералы, например глины, pH изменяется только в пределах от 6,5 до 7,5, так как крупные органические катионы обмениваются с ними без гидролиза (361. [c.219]

Для приготовления бентонов монтмориллонитовую глину перемеши-рают с водой для разделения пластинок глины и получения тонкой взвеси. Неглинистые частицы отделяются от взвеси центрифугированием. Затем способные к ионному обмену атомы натрия в пластинках глины заменяют соответствующими органическими катионами, напри-л ер четвертичными аммониевыми. Получаемый продукт промывают, фильтруют, высушивают, измельчают и направляют на производство консистентных смазок. [c.241]

С. часто показывают монотропный и энантиотроп-ный полиморфизм с наличием двух (напр., энстатит и клиноэнстатит), трех (напр., минералы группы силлиманита — силлиманит, кианит, андалузит) и более напр., у ортосиликата кальция и кристаллич. кремнезема) полиморфных форм. В нек-рых случаях каждая из полиморфных форм С. образует с другими С. свой ряд твердых р-ров. Из свойств С. наиболее важны способность к фазовым превращениям и химич. реакциям (в т. ч. в твердом состоянии и при облучении), к рекристаллизации и спеканию физико-механич. свойства при обычных и высоких темп-рах, теплофизич., диэлектрич. свойства и др. Большое значение имеют коллоидно-химич. и реологич. свойства водных суспензий дисперсных С. (глины, каолин), способность к ионному обмену. [c.432]

Способность глин к ионному обмену наиболее наглядно можно проследить на следующем опыте. Хромовуьэ модификацию исследуемой глины, получаемую при выдерживаг[ии глины в 1 н. растворе солей трехвалентного хрома с последующим отмывом, просушиванием и диспергированием, помещают в прибор по набуханию с таким расчетом, чтобы вода или раствор какой-либо соли могли фильтроваться через глину и накапливаться выше пробы, чтобы легко можно было наблюдать измен(шие их окрашивания. Поместив одну из проб в дистиллированну воду, можно видеть, что прошедшая через пробу вода не изменяет своей окраски и химический анализ не обнаруживает ионов трехвалентного хрома. Если же вместо воды в другом опыте взять бесцветный раствор хлоридов натрия или кальция, то над или год пробой глины будет накапливаться раствор, имеющий зеленоватый или изумрудный цвет, что свидетельствует о наличии в этой части раствора ионов трехвалентного хрома, вытесненных и заме1ценных ионами натрия или кальция. Химическим или физико-химическим анализом моншо определить количество вытесненного трехвалентного хрома, которое эквивалентно количеству поглощенного натрия или кальция. [c.11]

Способность глин и других адсорбентов к обмену ионов количественно характеризуется обменной емкостью. Обменная емкость измеряется числом жллиграмм-эквивалентов (мг.зкв) ионов, обменившихся при контакте раствора о 100 г адсорбента. Различные глинистые минералы обладают разной объемной в1лкоотью наиболмую имеют монтмориллонитовые глинн (80-150 мг.зкв), а самую низкую - каолинитовне (3-19 мг.зкв). [c.35]

Изучение адсорбции, например, на глинах, обладающих большой поверхностью, усложняется многими факторами, которые сильно сказываются на величинах сорбционной емкости. К ним следует отнести способность некоторых глинистых минералов увеличивать параметр вдоль оси С, т. е. изменять структуру в процессе сорбции эффект ультрапористости у структур, состоящих из высокодисперсных глинистых частичек, который ограничивает проникновение вещества с молекулами, превышающими размеры тонких пор, к участкам внутренней поверхности насыщение глин разными обменными ионами, вследствие чего они обладают неодинаковыми адсорбционными свойствами влияние кислотной обработки, термического воздействия, электродиализа, диспергирования и др. Поэтому, прежде чем изучать явление адсорбции на глинах, необходимо подробно исследовать структуру данного материала адсорбционными методами, что позволит учесть структурные и кристаллохимические особенности дисперсного минерала и исключить те случайные помехи , которые встречаются в процессе сорбции. [c.123]

Ионный обмен на глинах играет важную роль в образовании так называемых вторичных месторождений гидротермальные воды, содержащие тяжелые ионы, попадают в пласты, богатые глинистыми минералами, и, вымывая из них более легкие ионы, оставляют тяжелые. Очень ярко влияние адсорбционной способности ионов на их геохимическую судьбу проявляется при сопоставлении закономерностей размещения натрия и калия в природе. Эти элементы имеют примерно одинаковую распр остра.неиность в земной КОре (2,40 и 2,35% соответственно), однако океанская вода содержит преимущественно Н1а1Т р ий (в 1 Кг воды Средней солености с одержится 10,8 ir иаприя и только 0,4 г калия). Это связано, в частности, с тем, что при ионном обмене на глиносодержащих донных отложениях калий практически полностью вытесняет натрий [c.212]

Глинистые минералы обладают свойством сорбировать некоторые анионы и катионы и превращать их в обменные, т. е. в ионы, сиоссбные обмениваться на другие катионы или анионы ири взаимодействии в водном растворе. Количество и состав обменных катионов оказывают большое влияние на физические и физико-химические свойства породы, поэтому изучение обменной способности глин имеет большое практическое значение во всех отраслях промышленности, где используются глины. [c.11]

Важную роль в зевной коре играет ионный обмен, наиб, детально исследованный в почвах и глинах. В гидротермальных условиях к нему способны полевые шпаты, фельдшпатиды, слюды, нек-рые титано- и цирконосили-каты, танталониобаты, сульфиды и др. минералы. [c.521]

Глинистые частицы являются основой дисперсной фазы глинистого раствора и служат структурообразующим и коркообразующим компонентом. Глины — сложные полимине-ральные по составу полидисперсные осадочные породы, существенными признаками которых являются высокодисперс-ное состояние, гидрофильность, способность к адсорбции, ионному обмену, набуханию, проявлению упруго-пластичных и тиксотропных свойств в концентрированных и разбавленных суспензиях. [c.115]

Помимо солей, содержащихся в глинах в виде кристаллов и растворенных в связанной воде, большое значение для ионного состава, природных и, в частности, поверхностных вод имеет способность глин обменивать поглощенные ими ионы на ионы из воды. Это явление — следствие сильно развитой поверхности высокодисперсных глинистых минералов, и поскольку мицеллы алюмосиликатов имеют отрицательный заряд, глины в большинстве случаев проявляют себя как природные катиониты. Величина обменной способности глин, так же как и почв, характеризуется, как известно, емкостью обмена, которая измеряется числом г-экв ионов Ва", которые может поглотить 1 кг или 1 г-поглотителя из 0,1 N раствора Ba ls при pH 6,5 fill]. [c.31]

Ионный обмен в почве, о котором говорилось в разд. 5.2.1, происходит не только на глинах, но и на гумусовых веществах. Некоторые типы бурых углей использовались для умягчения воды, а до синтеза ионообменных смол сульфированный черный уголь был единственным катионитом, способным функционировать в Н+-форме. Недавно было показано, что биополимерные материалы могут вести себя как эффективные сорбенты, образующие хелатные соединения с ионами металлов. Мицеллы низших грибков, упрочненные синтетическими смолами, применяли для очистки сточных вод [87], а тяжелые металлы разделяли хроматографически на хитине или хитозане [133]. [c.236]

При обработке алюмосиликатов кислотой, их обменная емкость уменьшается. Однако единого мнения о причине ее уменьшения среди исследователей нет. В. И. Парамонова [12] объясняет это тем, что обработка глин и почв кислотой приводит к частичному разрушению алюмосиликата и появлению в растворе ионов алюминия. Последние адсорбируются поверхностью отрицательно заряженных частиц и при последующей промывке водой или солевым раствором образуют коллоидный гидрат окиси алюминия, который уменьшает обменную способность глин. По мнению Миессерова [10], кислотная обработка бентонитов приводит к увеличению гидролитической кислотности в расчете на оставшуюся после разрушения навеску. [c.33]

Исследована катионообменная способность катализаторов крекинга [1, 12]. Измерена активность навесок глин и синтетических алюмосиликатов [1] в условиях, для которых можно было считать, что катионообменные положения заняты ионами натрия и водорода в различных пропорциях. Навески исследованы после их высушивания при 100° и после прокаливания при 500°. Количества присутствующих ионов натрия и водорода определяли способом, примененным Гофманном и Гизе [16]. Для непрокален-ного материала содержание водородных ионов принимали равным полной ионообменной способности за вычетом содержания натрия. Для прокаленных образцов полную ионообменную способность измеряли по обмену с NH4+ или Ва +, а содержание водородных ионов находили в отдельной навеске обработкой ацетатом натрия и титрованием образовавшейся таким образом уксусной кислоты. [c.190]

Процессы ионного обмена наиболее широко распространены в природе, так как заряженные частицы — ионы — встречаются в растворах чаще, чем нейтральные молекулы. Нейтральная молекула представляет собой частный случай частицы, у которой число положительных и отрицательных зарядов равно. Она является только одним звеном вернеровского ряда комплексных частиц все остальные члены этого ряда несут электрические заряды — положительные или отрицательные. Примеры таких рядов были найдены Вернером для комплексных соединений кобальта, хрома и других металлов при замещении в аквакомплексных соединениях молекул воды на ионы хлора или других галогенов и при аналогичных замещениях молекул аммиака в аммиачных комплексах. С тех пор примеры таких рядов комплексов значительно умножились [1]. Такие же ряды комплексных соединений можно привести и для органических веществ [2]. Таким образом, ионообмен должен быть основным процессом, при рассмотрении природных явлений, протекающих в минералах, горных породах и почвах, а также в некоторых технологических процессах. Важное значение ионного обмена в природе было отмечено различными авторами. Еще в 1845 г. Томсон и Спенс [3] установили, что если взять смесь мела с сульфатом аммония, то при промывании водой такой колонки из нее переходит в фильтрат сернокислый кальций вместо сернокислого аммония. В 1852—1856 гг. Вай установил, что 1) почва способна к обмену катионов аммония, калия, магния, кальция в эквивалентных соотношениях, причем концентрация анионов остается неизменной 2) обмен возрастает с увеличением копцептрации соли в растворе, достигая некоторого максимума 3) обмен ионов проходит быстро 4) катионный обмен происходит на глине, которая содержится в почве 5) при взаимодействии растворов алюмината натрия можно приготовить искусственно алюмосиликат, на котором можно проводить катионный обмен, как на глинах. Вай установил большое значение ионного обмена для жизнедеятельности растений на различных почвах. В 1908 г. на особое значение ионообменной сорбции обратил внимание академик К. К. Гедройц, систематически изучавший взаимодействие различных почв с омывающими их растворами. В 1912 г. М. Потресов [4] описал цеолитный способ исправления жестких вод, основанный на ионном обмене между цеолитом й водой. В 1916 г. академик А. К. Ферсман [5] опубликовал подробное исследование цеолитов России. Вигнер [6] рассмотрел подробно явление ионного обмена в минералах — цеолитах, иначе называемых нермутитами и представляющих водные алюмосиликаты кальция и натрия. Академик Н.С. Курпаков 17] исследовал состав пермутитов методом физико-химического анализа. [c.164]

Возможность активации минеральных наполнителей путем создания ориентированного адсорбционного слоя ПАВ на их поверхности, лиофилизующего ее по отношению к полимерной среде, была показана П. А. Ребиндером еще в 30-х годах [2]. Этим способом была повышена активность ряда дешевых природных наполнителей резин, неупрочняющих или слабоупрочняющих кау-чуки. Уже тогда отмечалось, что более эффективными являются ПАВ, химически взаимодействующие с поверхностью дисперсной фазы [21]. При модифицировании бентонитовых глин длинноцепочечными алифатическими аминами (ионный обмен) можно получить гидрофобный наполнитель (бентон), способный образовывать тиксотропные структуры в органической среде, что важно в случае его использования в лакокрасочных композициях [22]. [c.14]