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Effects of Oxidation State of Octahedral Iron on Clay Swelling

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

Joseph W. Stucki
Affiliation:
Department of Agronomy, University of Illinois, Urbana, Illinois 61801
Philip F. Low
Affiliation:
Department of Agronomy, Purdue University, West Lafayette, Indiana 47901
Charles B. Roth
Affiliation:
Department of Agronomy, Purdue University, West Lafayette, Indiana 47901
D. C. Golden
Affiliation:
Department of Agronomy, University of Illinois, Urbana, Illinois 61801

Abstract

Three montmorillonites and a nontronite were reduced by sodium dithionite to obtain different amounts of Fe2+ in their octahedral sites. The mass ratio of water to clay, mw/mc was determined as a function of Fe2+ at several values of the swelling pressure, π. The value mwmc decreased markedly with increasing Fe2+ at each value of π for each clay. Moreover, curves of π vs. mwmc for the different clays were displaced downwards as Fe2+ increased. A straight line was obtained when In(π + 1) was plotted against 1/(mw/mc) however, at some oxidation states of three of the samples this line exhibited a sharp break at a specific value of 1/(w/mc. The slope of the line decreased for each clay as Fe2+ increased, and an increase in Fe2+ was accompanied by an increase in the cation exchange capacity. These observations are thought to be due to a collapse or partial collapse of the superimposed clay layers resulting from the increase in cation-exchange capacity.

Резюме

Резюме

Три монтмориллониты и нонтронит восстанавливались при помощи дитионита натрия, чтобы получить различные количества Fe2+ в их октаэдрических местах. Отношение массы воды до массы глины, м,/мг, определялось как функция Fe2+ при нескольких величинах давления набухания, П. Значение мвг уменьшалось значительно с увеличением Fe2+ при всех величинах П для каждой глины. Кроме того, кривые П как функции м,/мг для различных глин перемещались вниз, когда Fe2+ увеличивалось. Прямая линия получалась для функции 1п(П + 1) в зависимости от 1/(мвг); однако, при некоторых состояниях окисления трех образцов эта линия имела острый перелом при опреде¬ленном значении 1/(мвг). Наклон линии уменьшался для каждой глины, тогда как Fe2+ увеличи¬валось, и увеличению Fe2+ сопутствовало увеличение катионообменной способности. Предполагается, что эти наблюдения были в результате полного или частичного разрушения наложенных глинистых слоев, получающихся в следствие увеличения катионообменной способности. [Е.G.]

Resümee

Resümee

Drei Montmorillonite und ein Nontronit wurden mittels Na-Dithionit reduziert, um verschiedene Fe2+-Gehalte auf den Oktaederplätzen zu erhalten. Das Mengenverhältnis von Wasser zu Ton, mw/mc wurde als eine Funktion von Fe2+ bei verschiedenen Werten des Quelldruckes, II, bestimmt. Der mw/mc-Wert nahm mit zunehmendem Fe2+ bei jedem n-Wert für jeden Ton beachtlich ab. Darüberhinaus verlagerten sich die Kurven, bei denen II gegen mw/mc für die verschiedenen Tone aufgetragen sind, mit zunehmendem Fe2+ nach unten. Eine gerade Linie wurde erhalten, wenn ln(II + 1) gegen l/(mw/mc) aufgetragen wurde; jedoch zeigte diese Linie bei einigen Oxidationszuständen bei 3 der Proben einen scharfen Knick bei einem spezifischen Wert von l/(mw/mc). Die Neigung der Linie nahm für jeden Ton ab, wenn Fe2+ zunahm, und eine Zunahme des Fe2+ wurde von einer Zunahme der Kationenaustausch-kapazität begleitet. Man nimmt an, daß diese Beobachtungen mit einem Zusammenbruch oder einem teilweisen Zusammenbruch der überlagerten Tonlagen zusammenhängen, der von der Zunahme der Kationenaustauschkapazität herrührt. [U.W.]

Résumé

Résumé

Trois montmorillonites et une nontroni te ont été réduites par une dithionite de sodium pour obtenir différentes quantités de Fe2+ dans leurs sites octaèdraux. La proportion de masse d'eau à argile mw/mc a été déterminée en fonction de Fe2+ à plusieurs valeurs de la pression de gonflement H. La valeur mw/mc a diminué de manière marquée au fur et à mesure de l'augmentation de Fe2+ à chaque valeur de n pour chaque argile. De plus, les courbes de II vs. mw/mc, pour différentes argiles ont été déplacées vers le bas au fur et à mesure de l'augmentation de Fe2+. On a obtenu une ligne droite lorsqu'on a relevé ln(n + 1) vs. 1/(mw/mc); cette droite a cependant exhibé une cassure nette à une valeur spécifique de l/(mw/mc) à certains états d'oxidàtion des trois échantillons. L'inclinaison de la droite a diminué pour chaque argile au fur et à mesure de l'augmentation de Fe2+, et une augmentation de Fe2+ a été accompagnée d'une augmentation de la capacité d’échange de cations. On croit que ces observations sont dues à l'affaissement ou l'affaissement partiel des couches d'argile superimposées résultant de l'augmentation de la capacité d’échange de cations. [D.J.]

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1984, The Clay Minerals Society

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References

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