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Thermodynamic Characterization of Clay/Electrolyte Systems

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

C. Neal
Affiliation:
Institute of Hydrology, Wallingford, Oxon, OX108BB, United Kingdom
A. G. Thomas
Affiliation:
Institute of Hydrology, Wallingford, Oxon, OX108BB, United Kingdom
V. W. Truesdale
Affiliation:
Institute of Hydrology, Wallingford, Oxon, OX108BB, United Kingdom

Abstract

Clay/electrolyte systems are best characterized using a new variable, notional interfacial content (NIC). The NIC approach emphasizes that any division of the total amount of a species present in a clay/electrolyte system into that part which ‘belongs’ to the clay and that part which ‘belongs’ to solution is necessarily arbitrary. It carries out this division by choosing one of the species as a reference species and defining it as being completely in a notional bulk solution which had the same composition, but not extent, as the real bulk solution. The NIC of each of the other species present, that is that part of their total amount not in the notional bulk solution, therefore represents the amounts of those species ‘belonging’ to the clay.

The NIC concept is universal and hence encompasses several other, older terms. For example, by choosing different reference species, the variables hitherto called ‘water adsorption’ and ‘negative adsorption’ (which have been used to describe the same phenomenon) may be obtained. Similarly, certain earlier definitions of exchangeable and adsorbed cations (some being pragmatic are not included) as well as that of ion surface excesses may be accounted for. The NIC approach thus provides a rationalization of several earlier terms which are, in fact, plagued by a multiplicity of definition which makes their use very complicated.

Резюме

Резюме

Системы глина/электролит можно охарактеризовать самым лучшим образом (при использовании новой переменной) воображаемым межслойным содержанием (ВМС). ВМС подчеркивает, что какое либо разделение всего материала, присутствующего в системе глина/электролит, на часть, которая “принадлежит” раствору и на часть, которая принадлежит глине, является полностью произвольным. Такой (ВМС) пвдход совершает это разделение, выбирая одну из составляющих как основу и определяя ее как находящуюся полностью в воображаемом растворе, имеющим такой же самой состав, но не такой же размер как действительный раствор. ВМС других составла-ющих, что является частью их полного количества, ненаходящейся в воображаемом растворе, представляет тогда величины составляющих, “принадлежащих” глине.

Концепция ВМС является униварсальной и поэтому включает несколько других, ранее введенных понятий. Например, выбирая различные основные составляющие, можно определить величины прежде называемые “адсорбция воды” и “отрицательная адсорбция” которые использовались до описания такого же самого явления. Подобным образом можно поступить с некоторыми прежними определениями обменных и адсорбированных катионов (некоторые прагматические не включаются), также как и определениями избыточных ионных поверхностей. Таким образом подход ВМС обеспечивает рационализацию нескольких прежних терминов, которые, в действительности, страдают многозначностью, что сильно осложняет их использование. [Е.С.]

Resümee

Resümee

Ton/Elektrolyt-Systeme werden am besten charakterisiert, wenn man eine neue Variable, “notional interfacial content” (NIC), verwendet. Der NIC betont, daß jegliche Aufteilung des Gesamtgehaltes einer vorhandenen Substanz in einem Ton/Elektrolyt-System in den Anteil, der zum Ton “gehört,” und den anderen Anteil, der zur Lösung “gehört,” willkürlich sein muß. Durch den NIC wird diese Aufteilung so durchgeführt, daß die eine der Substanzen als eine Bezugssubstanz verwendet wird. Diese Substanz wird dadurch definiert, daß sie vollständig in einer theoretischen Durchschnittslösung vorhanden ist, die die gleiche Zusammensetzung aber nicht das gleiche Ausmaß hat wie die tatsächliche Durchschnittslösung. Der NIC jeder anderen anwesenden Substanz, d.h. der Teil des Gesamtbetrages, der nicht in der theoretischen Durchschnittslösung ist, stellt dann die Substanzgehalte dar, die zum Ton “gehören.”

Das NIC-Konzept ist universell und beinhaltet mehrere andere, früher verwendete Begriffe. Zum Beispiel kann man durch die Wahl verschiedener Bezugssubstanzen die Variablen, die bisher als “Wasseradsorption” und “negative Adsorption” bezeichnet wurden und dasselbe Phänomen beschrieben haben, erhalten. In ähnlicher Weise lassen sich gewisse frühere Definitionen für austauschbare und adsorbierte Kationen bzw. auch für den Ionenüberschuß an Oberflächen berücksichtigen (pragmatische Definitionen werden nicht berücksichtigt). Das NIC-Konzept ermöglicht daher die Rationalisierung mehrerer, früher üblicher Begriffe, die durch eine Vielzahl von Definitionsmöglichkeiten verwirrend sind. [U.W.]

Résumé

Résumé

Les systèmes argile/électrolyte peuvent être le mieux caractérisés par l'utilisation d'une nouvelle variable, le contenu interface notionale (NIC). NIC souligne que toute division de la quantité totale d'une espèce présente dans un système argile/électrolyte en la partie qui “appartient” à l'argile et la partie qui “appartient” à la solution est nécéssairement arbitraire. L'approche NIC éffectue cette division en choisissant une des espèces comme espèce de réference et en la definissant comme étant complètement dans une solution en masse notionale qui a la même composition, mais pas la même étendue que la solution en masse réelle. Le NIC de toutes les autres espèces présentes, c'est à dire la partie de leur quantité totale ne se trouvant pas dans la solution en masse notionale représente par conséquent les quantités de ces espèces “appartenant” à l'argile.

Le concept NIC est universel et comprend donc plusieurs autres termes plus anciens. Par exemple, en choisissant des espèces de réference différentes, les variables appellées jusqu’à présent “adsorption d'eau” et “adsorption négative” (qui ont été utilisées pour décrire le même phénomène) peuvent être obtenues. De même, on peut répondre de certaines definitions du passé de cations échangeables et adsorbés (certaines étant pragmatiques ne sont pas inclues) ainsi qe d'excès de surfaces d'ions. L'approche NIC fournit de cette manière une rationalisation de plusieurs termes du passé qui sont en fait encombrés d'une multiplicité de définitions qui rend leur emploi très compliqué. [D.J.]

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1982, The Clay Minerals Society

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References

Bolt, G. H., 1955 Analysis of the validity of the Gouy-Chap-man theory of the electric double layer J. Colloid Sci. 10 206218.CrossRefGoogle Scholar
Bolt, G. H., 1967 Cation-exchange equations used in soil science—A review Neth. J. Agric. Sci. 15 81103.Google Scholar
Bolt, G. H. and Warkentin, B. P., 1958 The negative ad-sorption of anions by clay suspensions Kolloid Z. 156 4146.CrossRefGoogle Scholar
Bower, C. A. and Goertzen, J. O., 1955 Negative adsorption of salts by soils Soil Sci. Amer. Proc. 19 147151.CrossRefGoogle Scholar
Davis, L. E., 1945 Theories of base-exchange equilibriums Soil Sci. 59 379395.CrossRefGoogle Scholar
Donnan, F. G., 1935 Molar (micellar) mass, electrovalency of ions and osmotic pressure of colloidal electrolytes Trans. Faraday Soc. 31 8098.CrossRefGoogle Scholar
Dufey, J. E. and Laudelout, H. G., 1976 Hydration numbers of sodium-calcium montmorillonite Soil Sci. 121 7275.CrossRefGoogle Scholar
Edwards, D. G. and Quirk, J. P., 1962 Repulsion of chloride by montmorillonite J. Colloid Sci. 17 872882.CrossRefGoogle Scholar
Glasstone, S., 1962 Textbook of Physical Chemistry 2nd ed. London Macmillan.Google Scholar
de Haan, F. A. M. and Bolt, G. H., 1963 Determination of anion adsorption by clays Proc. Soil Sci. Soc. Amer. 27 636640.CrossRefGoogle Scholar
Helmholtz, H., 1879 Studien über electrische Grenz-schichten Ann. Phys. Chem. 7 337382.CrossRefGoogle Scholar
Helmy, A. K., 1963 On cation-exchange stoichiometry Soil Sci. 95 204205.CrossRefGoogle Scholar
Hesse, P. R., 1971 A Textbook of Soil Chemical Analysis London Murray.Google Scholar
Laudelout, H., van Bladel, R., Gilbert, M. and Cremers, A., 1968 Physical chemistry of cation exchange in clays 9th Int. Congr. Soil Sci., Trans. Adelaide, Australia 1 565575.Google Scholar
McConnell, B. L., Williams, K. C., Daniel, J. L., Stanton, J. H., Irby, B. N., Dugger, D. L. and Maatman, R. W., 1964 A geometrie effect at the solution-surface interface and its relationship to ion solvation J. Phys. Chem. 68 29412946.CrossRefGoogle Scholar
Moore, W. J., 1962 Physical Chemistry London Longmans.Google Scholar
Murali, V. and Aylmore, L. A. G., 1981 Modelling adsorption in solute flow simulations: Diffuse double layer versus gassolid interaction approaches Soil Sci. 131 7681.CrossRefGoogle Scholar
Norrish, K., 1954 The swelling of montmorillonite Disc. Faraday Soc. 18 120134.CrossRefGoogle Scholar
Overbeek, J. Th. G. (1952) Electrochemistry of the double layer: in Colloid Science, vol. 1, Kruyt, H. R., ed., Elsevier, Amsterdam, 389 pp.Google Scholar
Posner, A. M. and Quirk, J. P., 1964 The adsorption of water from concentrated electrolyte solutions by montmorillonite and illite Proc. Roy. Soc. 278 3556.Google Scholar
Reitemeier, R. F., 1946 Effect of moisture content on the dissolved and exchangeable ions of soils of arid regions Soil Sci. 61 195214.CrossRefGoogle Scholar
Schofield, R. K. and Talibuddin, O., 1948 Measurement of internal surface by negative adsorption Disc. Faraday Soc. 3 5156.CrossRefGoogle Scholar
Stern, O., 1924 Zur Theorie der Elektrolytischen Doppel-schicht Z. Elektrochem. 30 508516.Google Scholar
Thomas, H. C., 1965 Toward a connection between ionic equilibrium and ionic migration in clay gels Int. Atomic Energy Agency, Technical Report No. 48, Vienna 419.CrossRefGoogle Scholar
Truesdale, V. W., Neal, C., Thomas, A. G., Parker, R. and Kinsman, D. J. J., 1982 A new perspective of several approaches to clay/electrolyte studies Transfer Processes in Cohesive Sediment Systems London Plenum.Google Scholar
van Olphen, H., 1977 An Introduction to Clay Colloid Chemistry New York Wiley.Google Scholar
Wiklander, L. and Bear, F. T., 1964 Cation and anion exchange phenomena Chemistry of the Soil 2nd ed. Holland Reinhold.Google Scholar
Willard, H. H., Merrit, L. L. and Dean, D. A., 1965 Instrumental Methods of Analysis 4th ed. New York van Nostrand.Google Scholar
Yong, R. N. and Warkentin, B. P., 1966 Introduction to Soil Behavior New York Macmillan.Google Scholar
Zaytseva, E. D., 1962 Exchangeable cations in sediments of the Black Sea Tr. Inst. Okeanol. 54 4882.Google Scholar