粘土矿物和粘土胶体化学基础省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

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.几个粘土矿物晶体结构特点及其水化性质。几个粘土矿物晶体结构特点及其水化性质。2.2.扩散双电层理论和电解质对电动电势影响。扩散双电层理论和电解质对电动电势影响。3.3.胶体体系基本概念。胶体体系基本概念。4.4.分散度、比表面概念。分散度、比表面概念。5.5.聚结稳定性和沉降稳定性概念及其影响原因聚结稳定性和沉降稳定性概念及其影响原因。15第1页 概概 述述 分散体系种类分散体系种类 在自然界以及工农业生产中，经常碰到一个或几个物质分散在一个物质中在自然界以及工农业生产中，经常碰到一个或几个物质分散在一个物质中分散体系。我们称被分散物质为分散体系。我们称被分散物质为分散相分散相，分散相颗粒所在连续介体为，分散相颗粒所在连续介体为分散介质分散介质。比如钻井用水基泥浆就是粘土、处理剂、有时还有加重剂等分散在水中分散体比如钻井用水基泥浆就是粘土、处理剂、有时还有加重剂等分散在水中分散体系。分散体系能够分为三类，见表系。分散体系能够分为三类，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毫微），泥毫微），泥浆是粘土浆是粘土水胶质悬浮体系，含有胶体和悬浮体性水胶质悬浮体系，含有胶体和悬浮体性质。质。第2页 概概 述述 比表面积特大分散体系比表面积特大分散体系 伴随分散相颗粒分散程度增大，颗粒变小，颗粒表面伴随分散相颗粒分散程度增大，颗粒变小，颗粒表面积（相界面积）增加很大，单位体积物质总表面积（称比积（相界面积）增加很大，单位体积物质总表面积（称比面积）增加很大。面积）增加很大。第3页 概述概述 是不稳定分散体系是不稳定分散体系 因胶体系有巨大表面积引发。物体表面分子和内部分子因胶体系有巨大表面积引发。物体表面分子和内部分子处境不一样，因而含有不一样能量（见图处境不一样，因而含有不一样能量（见图2-22-2）。）。第4页 概概 述述 用用代表单位面积表面能（称比表面能），代表单位面积表面能（称比表面能），S S代表面代表面积，总面积能积，总面积能=S=S。热力学第二定理，体系表面能有自。热力学第二定理，体系表面能有自发减小倾向。发减小倾向。表面能及其作用原理，在含有巨大界面高分表面能及其作用原理，在含有巨大界面高分散多相体系中含有根本性意义。散多相体系中含有根本性意义。从上式能够看出，降低体系表面能有从上式能够看出，降低体系表面能有两条路径两条路径：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。前者引发一系。前者引发一系列毛细管现象和胶态体系聚结不稳定性，后者引发吸附作列毛细管现象和胶态体系聚结不稳定性，后者引发吸附作用。用。钻井液是粘土钻井液是粘土水胶质悬浮体系，分散在水中粘土细水胶质悬浮体系，分散在水中粘土细粒含有巨大表面积，所以，它们亦有粒含有巨大表面积，所以，它们亦有聚结以及吸附作用聚结以及吸附作用，且都是自发地进行，以使体系表面积减小。且都是自发地进行，以使体系表面积减小。第5页第一节第一节 粘土矿物晶体结构与性质粘土矿物晶体结构与性质 粘粘 土土：主要由粘土矿物和少许非粘土矿物组成：主要由粘土矿物和少许非粘土矿物组成 细粒粘滞土状细粒粘滞土状物质。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、粘土电性三、粘土电性第22页2.2.可变负电荷可变负电荷 表面电荷表面电荷起源起源：v在粘土晶体端面上与铝连接在粘土晶体端面上与铝连接OHOH-基中基中H H+在碱性或中性条件下解离；在碱性或中性条件下解离；比如：比如：在碱性条件：在碱性条件：v粘土晶体粘土晶体端端面上吸附了面上吸附了OHOH-、SiOSiO3 3 2-2-等等无机阴离子或吸附有机阴离子聚电解质无机阴离子或吸附有机阴离子聚电解质等。等。Al O-.H+OH-SiO3 2-30第23页3.3.正电荷正电荷 表面电荷表面电荷起源起源：粘土端面上带正电荷原因多数人认为是因为粘土端面上带正电荷原因多数人认为是因为裸露在边缘上铝氧八面体在酸性条件下从介质中裸露在边缘上铝氧八面体在酸性条件下从介质中解离出解离出OHOH-，以下式所表示：，以下式所表示：当当PH8PHRb Rb+K K+Na Na+Li Li+BaBa+SrSr+Ca Ca+Mg Mg+51第71页此次作业此次作业1.1.钻井液主要功用有哪些钻井液主要功用有哪些?2.2.粘土矿物晶格取代指是什么粘土矿物晶格取代指是什么?其结果怎样其结果怎样?3.3.粘土端面可否带正电粘土端面可否带正电?为何为何?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?它们主要驱动力和特点各是什么它们主要驱动力和特点各是什么?5.5.什么是粘土什么是粘土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、伊利石晶体结构。简述高岭石、蒙托石、伊利石晶体结构。52第72页