Все о геологии :: на главную страницу! Геовикипедия 
wiki.web.ru 
Поиск  
  Rambler's Top100 Service
 Главная страница  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
   Геология >> Геоэкология | Тезисы
 Обсудить в форуме  Добавить новое сообщение

Тезисы научной конференции ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, апрель 2005 года

Секция ГЕОЛОГИЯ


Подсекция: Инженерная и экологическая геология


МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ КОНСТАНТЫ Na/Ca-ОБМЕНА.

Самарин Е.Н., Фомичева Е.Н.

Явление ионного обмена уже более 150 лет остается предметом пристального внимания исследователей. Предложено множество уравнений для константы ионообменной реакции $\ln \mbox{K}_{Na/Ca}^{0} $ [1], однако каждое имеет серьезные ограничения. Тем не менее часто в практических расчетах используются значения $\ln \mbox{K}_{\mbox{K}_{1}/\mbox{K}_{2}}^{0} $ без учета специфики их получения. Особенное большое влияние на $\ln \mbox{K}_{\mbox{K}_{1}/\mbox{K}_{2}}^{0} $ оказывают концентрация глинистой суспензии и внешнего электролита, а также емкость катионного обмена глинистого грунта (ЕКО) [1,3].

Рис.1. Влияние концентрации суспензии на величину термодинамической константы Na/Ca-обмена.

Настоящее исследование выполнено на монтмориллоните с катионной парой Са2+-Nа+. Монокатионные формы минерала приготовлены по методу К.К. Гедройца после отмучивания фракции < 5 мкм из "киловых" глин (К2s) - отобранных из Бахчисарайского разреза II гряды Крымских гор. Содержание монтмориллонита в образцах не менее 98,5 %; в составе примесей: кварц, кальцит и иллит. Химический состав образцов соответствует высокозарядному Al-монтмориллониту, тип Wyoming, ЕКО 1,31 мг-экв./г.

Экспериментальные изотермы ионного обмена получены по общепринятой методике [4] для прямой Ca $\leftarrow$ Na и обратной Na $\leftarrow$ Ca реакций при pH=7 в бинарных растворах хлоридов (мольные доли Na+ и Са2+ изменялись от 0 до 1 in contrary) суммарной концентрации от 0,0018 до 1,0 экв./л. Константы селективности $\ln \mbox{K}_{c}^{t} $ реакции обмена при Ip-pa = const рассчитаны по Е.Н.Гапону и по В.Д.Аргензингеру [1]. Экстраполяция значений $\ln \mbox{K}_{c}^{t} $, соответствующих фиксированному составу обменного комплекса (ОК), к нулевой ионной силе выполнена по методу В.П.Васильева. Использованы два варианта расчета: (1) для фиксированной концентрации суспензий (Cсусп), если $\ln \mbox{K}_{c}^{t} $ рассчитан по В.Д.Аргензингеру (классическая методика); (2) для фиксированного соотношения катионов "обменный комплекс - внешний раствор" ($\ln \mbox{C}_{0K/p-p}^{k} $), если $\ln \mbox{K}_{c}^{t} $ рассчитан по Е.Н.Гапону. Термодинамическая константа Na/Ca-обмена  рассчитана по методу Г.Гейнеса и Х.Томаса [2] для обоих вариантов представления коэффициентов селективности.

Рис.2. Влияние соотношения содержания катионов "ОК - раствор" на величину термодинамической константы Na/Ca-обмена.

Показано, что с увеличением Cсусп в системе экспериментально получаемое значение $\ln \mbox{K}_{Na/Ca}^{0} $ уменьшается и стремится к постоянному значению (рис.1). По-видимому, это обусловлено невозможностью развития равновесного профиля ДЭС, а при больших концентрациях суспензий перекрытием диффузных оболочек, развитых вокруг частиц и, возможно, структурированием осадка глины.

Расчет значений $\ln \mbox{K}_{Na/Ca}^{0} $ по второму варианту приводит к аналогичному результату: с увеличением $\ln \mbox{C}_{0K/p-p}^{k} $ значение $\ln \mbox{K}_{Na/Ca}^{0} $ уменьшается (рис.2). Тем не менее, именно такой способ расчета, предлагаемый авторами впервые, является более предпочтительным, поскольку получаемое значение $\ln \mbox{K}_{Na/Ca}^{0} $ не зависит от концентрации суспензии в системе, а определяется только величиной ЕКО глинистого грунта и концентрацией электролита, Кроме того, в этом случае возможно непосредственно из значения $\ln \mbox{K}_{Na/Ca}^{0} $ рассчитать изотерму ионного обмена для исследованного диапазона концентраций и значения коэффициентов селективности для любого состава обменного комплекса.

Литература:

  • Bolt G.H. Cation-exchange equations used in soil science - A review. //Neth. J. Agric. Sci. 1967, v.15, pp.81-103.
  • Gaines G.L., Thomas H.C. Adsorption Studies on Clay Minerals. II. A Formulation of the Thermodynamics of Exchange Adsorption. //The Journal of Chemical Physics. 1953, v.21, N 4, pp.714-718.
  • Maes A., Cremers A. Charge density effects in ion exchange. I - Heterovalent exchange equilibria. //J.C.S. Faraday transactions. I. 1977, v.73, pp.1807-1814.
  • Van Bladel R., Laudelout H. Apparent irreversibility of ion-exchange reactions in clay suspensions. //Soil Science. 1967, v.104, N 7, pp.134-137.

  •  См. также
    КнигиУчебник по экспериментальной и технической петрологии: метод физико-химических расчетов
    КнигиУчебник по экспериментальной и технической петрологии: Термохимическое исследование минералов

    Проект осуществляется при поддержке:
    Геологического факультета МГУ,
    РФФИ
       
    TopList Rambler's Top100