Wei Xiang & K. Czurda
Einfluß des Kationenaustausches auf die Hydratation und Dehydratation von Tonmineralen

GPM 20, p. 107-119

Zusammenfassung:
Tonminerale besitzen negative Oberflächenladungen, die durch die Anlagerung von Gegenionen (Kationen) an den äußeren und inneren Oberflächen (Zwischenschichten) neutralisiert werden. Diese austauschbar gebundenen Kationen beeinflussen in unterschiedlicher Weise die Hydratation und Dehydratation der Tonminerale. Um diese Einflüsse zu klären, wurden Untersuchungen an zwei natürlichen Tonen mit unterschiedlicher tonmineralogischer Zusammensetzung durchgeführt. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, daß Hydratation und Dehydratation der Tonminerale deutlich von der Tonmineralart, dem Ionenradius, der Wertigkeit und dem primären Hydratationszustand der Gegenionen abhängen. Nicht quellfähige Tonminerale adsorbieren Wassermoleküle nur an der äußeren Oberfläche. Aus diesem Grund ist die Hydratation von Tonmineralen in der zweiwertigen Form wegen der vergleichsweise hohen Hydratationsenergie der Kationen deutlich stärker als von einwertigen Tonmineralen. Bei innerkristallin quellfähigen Tonmineralen folgt die Hydratation bei der relativen Luftfeuchtigkeit von 45-98% folgender Reihe: K < Ca < Mg < Na-Form. Die strukturellen Veränderungen der Tonminerale spielen dabei eine wichtige Rolle. Im primären Hydratationszustand nach Lufttrocknung (die relative Luftfeuchtigkeit von 35%) entspricht die Hydratation der quellfähigen Tonminerale folgender Reihe: K < Na < Ca < Mg-Form.

Abstract:
Charged negatively the clay minerals usually carry cations on their surfaces. The cations are exchangeable. The exchangeable cations have influence on the hydration and dehydration of the clay minerals in various ways. The study of the two natural clays with different mineral composition wasperformed in order to clarify the effect of the exchangeable cations. The result clearly shows that the hydration and dehydration of the clay minerals depends on species of clay mineral, ion radius, valent of exchangeable cations and primary hydrationstate. The non-swellable clay minerals can adsorb water molecules only on the outer surface. Becauce the divalent cations have higher hydration energies. The hydration state of the samples saturated with divalent cations is higher than those saturated with monovalent cations. The hydration of the intercrystalline swelling clay minerals follows the order of K < Ca < Mg < Na at 45-98% RH (relative humidity). Here the structure changes of the clay minerals plays a decisive role in the hydration. At 35% RH the hydration of the clay minerals follows the order of K < Na < Ca < Mg.


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