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1、第二章第二章 粘土矿物和粘土胶体化学基础粘土矿物和粘土胶体化学基础本章要求重点掌握内容本章要求重点掌握内容：1. 1. 几种粘土矿物的晶体构造特点及其水化性质。几种粘土矿物的晶体构造特点及其水化性质。2. 2. 扩散双电层理论和电解质对电动电势的影响。扩散双电层理论和电解质对电动电势的影响。3. 3. 胶体体系的基本概念。胶体体系的基本概念。4. 4. 分散度、比表面的概念。分散度、比表面的概念。5. 5. 聚结稳定性和沉降稳定性概念及其影响因素聚结稳定性和沉降稳定性概念及其影响因素。 15 概概 述述 分散体系的种类分散体系的种类 在自然界以及工农业生产中，常常遇到一种或几种物质分散在一种物
2、质中在自然界以及工农业生产中，常常遇到一种或几种物质分散在一种物质中的分散体系。我们称被分散的物质为的分散体系。我们称被分散的物质为分散相分散相，分散相颗粒所在的连续介体为，分散相颗粒所在的连续介体为分分散介质散介质。例如钻井用的水基泥浆就是粘土、处理剂、有时还有加重剂等分散在。例如钻井用的水基泥浆就是粘土、处理剂、有时还有加重剂等分散在水中的分散体系。分散体系可以分为三类，见表水中的分散体系。分散体系可以分为三类，见表2-1 2-1 泥浆中粘土颗粒多数在悬浮体范围（泥浆中粘土颗粒多数在悬浮体范围（0.10.12 2微微米），少数在溶液范围内（米），少数在溶液范围内（0.10.1微米微米1 1
3、毫微），泥毫微），泥浆是粘土浆是粘土水的胶质悬浮体系，具有胶体和悬浮体水的胶质悬浮体系，具有胶体和悬浮体的性质。的性质。 概概 述述 比表面积特大的分散体系比表面积特大的分散体系 随着分散相颗粒的分散程度增大，颗粒变小，颗粒的随着分散相颗粒的分散程度增大，颗粒变小，颗粒的表面积（相界面积）增加很大，单位体积物质的总表面积表面积（相界面积）增加很大，单位体积物质的总表面积（称比面积）增加很大。（称比面积）增加很大。 概述概述 是不稳定的分散体系是不稳定的分散体系 因胶体系有巨大表面积引起的。物体表面的分子和内部因胶体系有巨大表面积引起的。物体表面的分子和内部分子的处境不同，因而具有不同的能量（见
4、图分子的处境不同，因而具有不同的能量（见图2-22-2）。）。 概概 述述 用用代表单位面积的表面能（称比表面能），代表单位面积的表面能（称比表面能），S S代表代表面积，总面积能面积，总面积能=S=S。热力学第二定理，体系表面能有。热力学第二定理，体系表面能有自发减小的倾向。自发减小的倾向。表面能及其作用原理，在具有巨大界面表面能及其作用原理，在具有巨大界面的高分散多相体系中具有根本性的意义。的高分散多相体系中具有根本性的意义。 从上式可以看出，降低体系表面能有从上式可以看出，降低体系表面能有两条途径两条途径：一条：一条是缩小表面积；另一条是减小比表面能是缩小表面积；另一条是减小比表面能。前
5、者引起一系。前者引起一系列的毛细管现象和胶态体系的聚结不稳定性，后者引起吸列的毛细管现象和胶态体系的聚结不稳定性，后者引起吸附作用。附作用。 钻井液是粘土钻井液是粘土水的胶质悬浮体系，分散在水中的粘水的胶质悬浮体系，分散在水中的粘土细粒具有巨大的表面积，因此，它们亦有土细粒具有巨大的表面积，因此，它们亦有聚结以及吸附聚结以及吸附作用作用，且都是自发地进行的，以使体系的表面积减小。，且都是自发地进行的，以使体系的表面积减小。 第一节第一节 粘土矿物的晶体构造与性质粘土矿物的晶体构造与性质 粘粘 土土：主要由粘土矿物和少量非粘土矿物组成的：主要由粘土矿物和少量非粘土矿物组成的 细粒粘滞土细粒粘滞土
6、状物质。状物质。 特点：粒度特点：粒度 5 蒙脱石蒙脱石 高岭石。高岭石。 永久负电荷主要分布在粘土晶层层面上。永久负电荷主要分布在粘土晶层层面上。三、粘土的电性三、粘土的电性2 . 2 . 可变负电荷可变负电荷 表面电荷表面电荷来源来源：v在粘土晶体端面上与铝连接的在粘土晶体端面上与铝连接的OHOH- -基中基中的的H H+ +在碱性或中性条件下解离；在碱性或中性条件下解离； 例如：在碱性条件：例如：在碱性条件： v粘土晶体的粘土晶体的端端面上吸附了面上吸附了OHOH- -、SiOSiO3 3 2-2-等无机阴离子或吸附有机阴离子聚电解等无机阴离子或吸附有机阴离子聚电解质等。质等。Al O-
7、. H+OH-SiO3 2-303. 3. 正电荷正电荷 表面电荷表面电荷来源来源：粘土端面上带正电荷的原因多数人认为是由粘土端面上带正电荷的原因多数人认为是由于裸露在边缘上的铝氧八面体在酸性条件下从介于裸露在边缘上的铝氧八面体在酸性条件下从介质中解离出质中解离出OHOH- -，如下式所示：，如下式所示：当当PH8PHRb Rb+ + K K+ + Na Na+ + LiLi+ +BaBa+ Sr Sr+ Ca Ca+ Mg Mg+51本次作业本次作业1. 1. 钻井液的主要功用有哪些钻井液的主要功用有哪些? ?2. 2. 粘土矿物的晶格取代指的是什么粘土矿物的晶格取代指的是什么? ? 其结果如何其结果如何? ?3.3.粘土端面可否带正电粘土端面可否带正电? ? 为什么为什么? ?4.4.什么叫表面水化和渗透水化什么叫表面水化和渗透水化? ? 它们的主要驱动力和特点各是什么它们的主要驱动力和特点各是什么? ?5.5.什么是粘土的什么是粘土的CEC ? CEC ? 测定它们有何意义测定它们有何意义? ?6.6.从硅氧四面体和铝氧八面体出发从硅氧四面体和铝氧八面体出发, ,简述高岭石、蒙托石、伊利石的晶体结简述高岭石、蒙托石、伊利石的晶体结构。构。52
