无机材料科学基础课件

（3）可塑性的表示方法：
可塑性=屈服值×最大应变 屈服值：使泥团开始发生塑性变性所需的最低应力 值。 最大应变：应力增大到泥团变形时的应变。
（4）影响因素：
①含水量：粘土在相当狭窄的含水量范围（18%-25%） 内才显示可塑性。 ②粘土颗粒吸附阳离子的影响：可塑性变化与阳离子 交换顺序相同。 ③粘土的矿物组成：蒙脱石〉高岭石。 ④此外，还有粘土腐殖质的含量、介质表面张力、泥 料陈腐、添加塑化剂、泥料真空处理等。
（3）影响粘土结合水的因素：
①粘土的矿物组成:交换阳离子相通，蒙托石大 ②粘土的分散度；高岭土有关；蒙托石无关 ③粘土吸附阳离子的种类。
粘土吸附不同价的阳离子的结合水量通过实验 证明：（—与阳离子交换序相反）
a. 粘土与一价阳离子的结合水量>与二价阳离子 的结合水量>与三价阳离子的结合水量； b. 同价离子与粘土结合水量随离子半径增大而减 少，如Li+-粘土结合水量>Na+-土结合水量>K+-土 结合水量。
第四节 粘土—水系统胶体化学
一 粘土的荷电性
1.
负电荷
（1）负电性主要是由粘土晶格内离子的同晶置换 产生的。
蒙脱石：[AlO6]中的Al3+→Mg2+ [SiO4]→Al3+ 伊利石：[SiO4]中有1/6的Si4+被Al3+取代 高岭石：同晶置换很少，少量硅被Al3+取代
（2）吸附在粘土表面的腐殖质离解:羧基和酚羧 基的氢离解 （3）破键： 高岭石结晶构造断裂而呈现的活性边表面
A、阴离子与原粘土上吸附的Ca2+、Mg2+形成不可溶物 或形成稳定的络合物； B、聚合物阴离子在胶溶过程中的特殊作用（胶溶 剂）。
3、泥浆的触变性 (—与阳离子交换序相同) （1）定义：在外力作用下，其流动性暂时增加，外 力消除后能缓慢可逆的恢复原来结构的性能。 （2）原因: 不完全胶溶。
（3）影响触变性的因素： ①粘土泥浆含水量； ②粘土的矿物组成； ③粘土胶粒的大小与形状； ④电解质的种类与数量 (与阳离子交换序相 同) ； 粘土吸附阳离子价数愈小,或价数相同离子 半径愈小者触变效应愈小. ⑤温度的影响。
三 胶团结构
粘土胶体的电动性质
溶胶的胶团结构分为胶核、胶粒及胶团三个 层次。以AgCl溶胶为例，当用KCl与AgNO3制备 AgCl溶胶时，若AgNO3是略微过量的，则若干个 AgCl粒子组成的固体微粒优先吸附与其自身有相 同元素的离子（Ag＋）而形成胶核。再按双电层 结构分别写出胶粒与胶团部分，即
4
粘土的可塑性（—与阳离子交换序相同）
（1）可塑性：泥团在外力作用下可塑成各种形 状，而外力解除后仍能保持这种形状的性质。
（2）产生原因：
粘土颗粒间的作用： (1)吸力：主要有范德华力、局部边—面静电引力和毛 细管力。作用范围约离表面2nm。 毛细管力是塑性泥团中颗粒之间主要吸力。在塑性 泥团含水量下，堆聚的粒子表面形成一层水膜，在水的 表面张力作用下紧紧吸引。 (2)斥力；带电粘土表面的离子间引起的静电斥力。在 水介质中这种作用范围约距粘土表面20nm左右。 粘土颗粒间存在两种力，随着粘土中水含量的高 低，粘土颗较之间表现出这两种力的不同作用。塑性泥 料中粘土颗粒处于吸力与斥力的平衡之中。吸力主要是 毛细管力，粒子间毛细管力愈大，相对位移或使泥团变 形所加的应力也愈大，也即泥团的屈服值愈高，塑性越 好。
（1）同号离子相互交换且等当量交换；
（2）交换不影响粘土本身结构，但可能 会影响ξ-电位； （3）吸附与交换是可逆过程。
2. 粘土离子的阳离子交换容量（c.e.c） PH=7时，用100g干粘土所吸附离子的毫克当量 数来表示。
影响粘土阳离子交换容量的因素：
(1)粘土的种类：蒙脱石〉伊利石〉高岭土。 (2)粘土的分散度：分散度越高，交换容量越大 (3)溶液的PH值：PH越大，阳离子交换容量越大。 (4)介质的温度：温度越高，交换容量越小。 (5)粘土矿物的结晶完整程度。 (6)矿物表面有机质：腐殖质越多，交换容量越 大。
2 粘土胶体的电动电位(——与阳离子交换序相反)
电动电位（或ξ-电位）：吸附层与扩散层之间的电位差。 热力学电位（或ψ-电位）：粘土质点表面与扩散层之间的 总电位差。 ψ-电位>ξ-电位。
影响粘土ξ-电位的因素： ①阳离子的电价、半径和浓度 不同价阳离子饱和的粘土其ξ电位顺序：M+-土>M2+-土>M3+土，而同价离子饱和的粘土其 ξ-电位随离子半径增大，ξ电位降低。 ②腐殖质含量越大，负电荷越 多，ξ-电位越大。 ③粘土的矿物组成。 ④电解质阴离子的作用。 ⑤粘土胶粒形状和大小、表面 光滑程度。
四、粘土-水系统的胶体性质
1 流变学基础
如图 2 泥浆的流动性与稳定性 （1）流动性的表示方法：用泥浆的粘度表示，即为 粘度的倒数。 流动度：ψ=1/η。
（2）泥浆胶溶须具备的条件（即提高泥浆流动性的 方法） ①介质呈碱性； ②必须由一价碱金属离子交换粘土原吸附的离子，使 ξ-电位增大。 ③阴离子的作用：
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五、脊性料的悬浮与塑化
常用脊性材料：氧化物、氮化物粉末、水 泥、混凝土浆体等。 脊性料泥浆悬浮方法：
（1）控制料浆的PH值； （2）有机表面活性物质的吸附。
3、粘土的阳离子交换顺序
（1）阳离子交换反应
处在粘土胶团紧密层中的阳离子可以被溶液中 的另外种类的阳离子所取代，其交换反应如下：
M+ 粘土＋M2+ M+
＝ M2+ -粘土＋2M +
（2）影响阳离子交换能力的因素
①阳离子的价数：阳离子的价数越高，阳离子交换 能力越强，M3+>M2+>M+。 ②水化半径：水化半径越大，交换能力越弱. 水化半径与水化膜厚度有关,水化膜厚度与离 子半径有关。对同价离子，半径越小，水化膜越 厚，即水化半径越大。如一价离子的水化膜厚 度：Li+>Na+>K+ 根据离子价效应及离子水化半径，粘土的阳离 子交换顺序如下：
H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+
注：
①H+由于半径小，电荷密度大而占首位。 ②当右方离子的浓度大于左方的离子浓度时， 右方的离子可交换出左方的离子。 ③溶液中的阴离子若能与原粘土上的阳离子形 成不溶性沉淀或稳定络合物，则可改变上述 交换顺序，即右方的离子能交换出左方离 子。如： Ca2+-土 + NaOH = 2Na+-土 + Ca(OH)2 Ca2+-土 + Na2SiO4 = 2Na+-土 + CaSiO3↓
上的破键是其带电的主要原因。
2 两性电荷 高岭石随介质中的 PH的变化而带有不同 的电荷，高岭石结晶 构造断裂呈现活性边 表面上的破键是其带 电的主要原因。 3 净电荷 正负电荷的代数和（粘 土带负电荷）
二 粘土的离子吸附与交换
1、定义与特点
粘土的阳离子交换：被粘土吸附的阳离子被溶液中 浓度大、价数高的电性相同的离子所取代的现象。 特点：
644444 胶粒 4444 8 4 4 7 4 x＋ ⎧ ⎫ ⎪ ＋ －⎪ ]m nAg • xNO－ ⎨[AgCl244 • (n－x )NO 3 ⎬ 3 14 4 3 ⎪ ⎪ 胶核 ⎭ ⎩ 4444444 4444444 1 2 3
胶团
胶粒带正电荷。
但若制备AgCl时是采用KCl稍微过 量，则其胶团结构为胶粒带负电荷。
胶粒带负电荷。
1 粘土与水的作用
1）原因：
①粘土晶粒表面上氧和氢氧基与靠近表面水分 子通过氢键而键合； ②粘土表面的负电荷在粘土附近存在一个静电 场，使得极性分子定向排列； ③粘土表面吸附着水化阳离子。
因此，粘土颗粒表面吸附着一层层定向排列的水 分子层，极性分子依次重叠排列。
2）水的分类： 可分为牢固结合 水、疏松结合水 和自由水。