粘土胶体化学.ppt

第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础        （（4学时）学时）第一节第一节  胶体的概念和特征胶体的概念和特征 油田化学研究的体系和过程十分复杂，绝大多数体系属于或涉及胶体分散体系如原油其实是油和水的乳状液，可归为胶体，而油藏则是巨大而复杂的高度分散体系原油开发涉及的钻井液、完井液、调剖堵水液、酸化液、压裂液及提高采收率的驱替液等等油田化学的工作液无不与胶体体系有关第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础1、胶体的概念、胶体的概念1 1）分散体系的分类）分散体系的分类根据根据分散颗粒的大小分散颗粒的大小不同，将分散体系分成三类，如表不同，将分散体系分成三类，如表1-11-1第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础类型微粒大小主要特征粗分散体系（悬浮体、乳状液）＞100 nm颗粒不能通过滤纸，不扩散，不渗析，显微镜下可见胶体体系（溶胶、微乳液）100～1 nm颗粒能通过滤纸，扩散很慢，不渗析，超显微镜下可见分子与离子分散体系（溶液）＜1 nm颗粒能通过滤纸，扩散很快，能渗析，显微镜和超显微镜下都看不见表表1-1按颗粒大小分类的分散体系按颗粒大小分类的分散体系根据分类依据，不同聚集状态分散相的颗粒大小在根据分类依据，不同聚集状态分散相的颗粒大小在1 1～～100nm100nm之间，则在之间，则在不同状态的分散介质中均可形成胶体体系。

气不同状态的分散介质中均可形成胶体体系气- -气除外的其它分散体系均气除外的其它分散体系均可形成胶体体系，如表可形成胶体体系，如表1-21-2第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础分散分散介质介质分散相分散相气态气态液态液态固态固态气态气态—云雾云雾青烟、高空灰尘青烟、高空灰尘液态液态泡沫泡沫乳状液乳状液、、牛奶牛奶乳化原油乳化原油金溶胶金溶胶墨汁，钻井液墨汁，钻井液固态固态泡沫塑料泡沫塑料沸石、冰淇淋沸石、冰淇淋珍珠珍珠水凝胶水凝胶红宝石红宝石合金合金表1-2 按聚集状态分类的胶体体系习惯上，习惯上，把分散介质为液体的胶体体系称为液溶胶或溶胶（把分散介质为液体的胶体体系称为液溶胶或溶胶（solsol）如油气田开发中常用的水基钻井液体系就是一种将粘土分散在水中形如油气田开发中常用的水基钻井液体系就是一种将粘土分散在水中形成的胶体悬浮体系；分散介质为固体时，称为固溶胶，如合金；分散成的胶体悬浮体系；分散介质为固体时，称为固溶胶，如合金；分散介质为气体时为气溶胶，如烟尘、低压油气田开发用的气基钻井液等介质为气体时为气溶胶，如烟尘、低压油气田开发用的气基钻井液等 由此可见，胶体体系是多种多样的。

由此可见，胶体体系是多种多样的胶体是物质存在的一种特殊状胶体是物质存在的一种特殊状态态，而不是一种特殊的物质，不是物质的本性而不是一种特殊的物质，不是物质的本性第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础2 2）胶体的概念）胶体的概念胶体大小的微粒（至少在一个方向为胶体大小的微粒（至少在一个方向为1 1～～100nm100nm之间）分散在之间）分散在另一种连续介质中所形成的分散体系称胶体体系另一种连续介质中所形成的分散体系称胶体体系另外，有另外，有一大类物质（如纤维素、蛋白质、橡胶以及许多合成高聚物）一大类物质（如纤维素、蛋白质、橡胶以及许多合成高聚物）在适当的溶剂中溶解虽可形成真溶液，但它们的分子量很大（常在在适当的溶剂中溶解虽可形成真溶液，但它们的分子量很大（常在1 1万或万或几十万以上，故称为高分子物质），因此表现出的许多性质（如溶液的几十万以上，故称为高分子物质），因此表现出的许多性质（如溶液的粘度、电导等）与低分子真溶液有所不同，而粘度、电导等）与低分子真溶液有所不同，而在某些方面（如分子大小）在某些方面（如分子大小）却有类似于胶体的性质却有类似于胶体的性质，所以在历史上高分子溶液一般被纳入胶体化学，所以在历史上高分子溶液一般被纳入胶体化学进行讨论。

进行讨论第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础 定义：定义：第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础胶体化学胶体化学：研究胶体的生成和破坏以及它们的物理化学性质的科学研究胶体的生成和破坏以及它们的物理化学性质的科学有三大分支：胶体物理化学，表面物理化学，高分子物理化学有三大分支：胶体物理化学，表面物理化学，高分子物理化学 粘土胶体化学粘土胶体化学：在一般胶体化学规律指导下，专门研究粘土胶体的生：在一般胶体化学规律指导下，专门研究粘土胶体的生成、破坏和它们的物理化学性质的科学成、破坏和它们的物理化学性质的科学是粘土矿物与胶体化学的边界学科是粘土矿物与胶体化学的边界学科由于胶体体系首先是以由于胶体体系首先是以分散相颗粒有一定的大小为其特征分散相颗粒有一定的大小为其特征的，故胶粒的，故胶粒本身与分散介质之间必有一明显的物理本身与分散介质之间必有一明显的物理分界面分界面这意味着胶体体系必这意味着胶体体系必然是然是两相或多相的不均匀分散体系两相或多相的不均匀分散体系3 3）胶体化学的研究对象）胶体化学的研究对象传统胶体化学研究对象：传统胶体化学研究对象：溶胶（憎液胶体）溶胶（憎液胶体）和高分子真溶液和高分子真溶液（亲液胶体）（亲液胶体）2020多年前，多年前，ShawShaw把表面活性剂中以肥皂为代表的皂类视为第三类胶体，称其把表面活性剂中以肥皂为代表的皂类视为第三类胶体，称其为为缔合胶体。

缔合胶体第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础进入二十一世纪，时代在前进，科技在进步，胶体化学也得到较大的发进入二十一世纪，时代在前进，科技在进步，胶体化学也得到较大的发展，现代胶体化学的分支领域或主要研究内容列于表展，现代胶体化学的分支领域或主要研究内容列于表1-31-3第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础表表1-3 1-3 现代胶体科学的研究内容现代胶体科学的研究内容研究对象研究对象研究内容研究内容体系体系理论理论分散体系分散体系分散体系的分散体系的形成与稳定形成与稳定光学性能光学性能流变性能流变性能气溶胶气溶胶憎液溶胶憎液溶胶亲液溶胶亲液溶胶粗分散体系（乳状液、粗分散体系（乳状液、悬浮液）悬浮液）智能流体，电、磁流体智能流体，电、磁流体气溶胶理论气溶胶理论成核理论，成核理论，DLVODLVO与与HVOHVO稳定理论稳定理论高聚物溶液理论高聚物溶液理论胶束理论胶束理论光吸收与光散射理论光吸收与光散射理论理论与现象流变学理论与现象流变学分散体系分散体系纳米材料纳米材料单分散、单一形状颗粒单分散、单一形状颗粒的形成的形成纳米颗粒的有序排列纳米颗粒的有序排列颗粒相互作用力理论颗粒相互作用力理论第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础续表续表1-31-3 研究对象研究对象研究内容研究内容体系体系理论理论界面现象界面现象润湿、摩擦、润湿、摩擦、粘附粘附吸附现象吸附现象界面电现象界面电现象界面层结构界面层结构气气——固界面固界面液液——固界面固界面气气——液界面液界面液液——液界面液界面表面力理论，表面层表面力理论，表面层结构，分子定向理论结构，分子定向理论各种吸附理论各种吸附理论双电层理论双电层理论界面光谱学和显微术界面光谱学和显微术能谱扫描探针显微镜能谱扫描探针显微镜激光拉曼等方法研究，激光拉曼等方法研究，界面分子定向，界界面分子定向，界面化学反应，面化学反应，界面力的研究界面力的研究有序组有序组合体合体溶液中有序溶液中有序分子组合体分子组合体生物膜与仿生物膜与仿生膜生膜有机无机有机无机混合膜混合膜有序组合体有序组合体中的物理化中的物理化学反应学反应胶束、微乳液、泡囊等胶束、微乳液、泡囊等BLMBLM膜，膜，LBLB膜、脂质体，膜、脂质体，液晶，分形体等液晶，分形体等夹心结构，溶胶夹心结构，溶胶——凝胶膜凝胶膜等等分子间相互作用力分子间相互作用力（氢键力、范德华力、（氢键力、范德华力、分子形状、弯曲能、相图）分子形状、弯曲能、相图）液晶理论，类脂体与液晶理论，类脂体与蛋白质的相互作用，蛋白质的相互作用，分形理论分形理论增溶现象，胶束催化，增溶现象，胶束催化，定向合成定向合成第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础丁达尔效应丁达尔效应由于溶胶的光学不均匀性，当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸由于溶胶的光学不均匀性，当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到溶胶系统，可发生散射现象－丁达尔现象。

的入射光照射到溶胶系统，可发生散射现象－丁达尔现象丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础2、胶体体系的基本特征1 1）具有多相性）具有多相性相和相界面相和相界面：相是指那些物质的：相是指那些物质的物理性质和化学性质都完全相同的均匀物理性质和化学性质都完全相同的均匀部分体系中有两个或两个以上的相，称为多相体体系中有两个或两个以上的相，称为多相体相与相之间的接触相与相之间的接触面称为相界面面称为相界面 分散相与分散介质分散相与分散介质：： 在多相分散体系中，被在多相分散体系中，被分散的物质叫做分散相分散的物质叫做分散相包围分散相的另一种连续介质，称为分散介质包围分散相的另一种连续介质，称为分散介质分散度和比表面分散度和比表面：：分散度指分散相的分散程度分散度指分散相的分散程度，通常用分散相颗粒平均，通常用分散相颗粒平均直径或长度的倒数（直径或长度的倒数（ D D＝＝1 1／／a a）来表示比表面是物质分散度的另一种）来表示比表面是物质分散度的另一种量度，其数值等于全部分散相颗粒的总面积与总质量量度，其数值等于全部分散相颗粒的总面积与总质量( (或总体积或总体积) )之比。

之比也即也即单位体积或单位重量（质量）物质的总的表面积单位体积或单位重量（质量）物质的总的表面积物质的颗粒愈小，物质的颗粒愈小，分散度愈高，比表面愈大分散度愈高，比表面愈大 第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础胶体体系胶体体系首先是以分散相颗粒有一定大小为特征的，故胶粒本身与分散首先是以分散相颗粒有一定大小为特征的，故胶粒本身与分散介质之间必介质之间必有相界面有相界面，就是说胶体体系都是多相分散体系，，就是说胶体体系都是多相分散体系，多相性是胶多相性是胶体的一个重要特征体的一个重要特征真溶液，溶质能自发地分散在介质之中，使体系的自由能减少，因此真溶液，溶质能自发地分散在介质之中，使体系的自由能减少，因此真真溶液是热力学稳定体系溶液是热力学稳定体系缔合胶体缔合胶体是一种亲液胶体，是一种亲液胶体，也是热力学稳定体也是热力学稳定体系但在制备许多胶体时，分散相不能自发地分散在介质中，需要作功但在制备许多胶体时，分散相不能自发地分散在介质中，需要作功强迫它分散成细颗粒，使体系的表面自由能增大，因此强迫它分散成细颗粒，使体系的表面自由能增大，因此多相分散的胶体多相分散的胶体是热力学不稳定体系是热力学不稳定体系，，这就是真溶液与憎液胶体的根本区别。

这就是真溶液与憎液胶体的根本区别第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础2 2）具有高度分散性）具有高度分散性胶体体系中，分散相颗粒分散得很细，即分散相的分散（程）度很高胶体体系中，分散相颗粒分散得很细，即分散相的分散（程）度很高3 3）具有聚结不稳定性）具有聚结不稳定性胶体都是高度分散的多相体系，具有非常大的总表面积，相应地具胶体都是高度分散的多相体系，具有非常大的总表面积，相应地具有很高的总表面自由能，是热力学不稳定体系，体系表面自由能有有很高的总表面自由能，是热力学不稳定体系，体系表面自由能有自发减小的倾向，胶体体系中分散得很细的自发减小的倾向，胶体体系中分散得很细的分散相微粒就有自动聚分散相微粒就有自动聚结（自动降低分散度）以缩小总表面积的趋势，这就是胶体的聚结结（自动降低分散度）以缩小总表面积的趋势，这就是胶体的聚结不稳定性不稳定性第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础第二节第二节 常见粘土矿物及性质常见粘土矿物及性质石油勘探开发过程中，油田化学工作液要用到粘土作为施工材料石油勘探开发过程中，油田化学工作液要用到粘土作为施工材料（如钻井液、调剖堵水剂等），油田化学剂或油田化学工作液接触（如钻井液、调剖堵水剂等），油田化学剂或油田化学工作液接触的地层含有大量的粘土矿物，它们的性能变化与工艺施工的效果成的地层含有大量的粘土矿物，它们的性能变化与工艺施工的效果成败、储层保护等关系密切，了解和掌握其晶体结构和性质，有重要败、储层保护等关系密切，了解和掌握其晶体结构和性质，有重要的指导价值。

的指导价值第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础1 1）硅氧四面体及四面体片）硅氧四面体及四面体片硅氧四面体：由一个硅原子和硅氧四面体：由一个硅原子和4 4个氧原子组成，硅位于正四面体中心个氧原子组成，硅位于正四面体中心( (见见图图1-1)1-1)由多个硅氧四面体在由多个硅氧四面体在a a、、b b两方向上有序排列组成四面体片四两方向上有序排列组成四面体片四面体片有如下面体片有如下特点特点 共有三个层面：共有三个层面：两层氧原子和一层硅原子，上下两层氧原子和一层硅原子，上下两层氧原子均形成六角环两层氧原子均形成六角环( (空心空心) )；； 在在a a、、b b两方向上无限延续两方向上无限延续图图1-1 硅氧四面体硅氧四面体粘土矿物的种类繁多，一般分为层状结构和链状结构两大类主要介粘土矿物的种类繁多，一般分为层状结构和链状结构两大类主要介绍常见的层状粘土矿物绍常见的层状粘土矿物1 1、粘土矿物的基本构造单元、粘土矿物的基本构造单元第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础2 2）铝氧八面体和八面体片）铝氧八面体和八面体片铝氧八面体：由一个铝和六个氧或氢氧原子团组成，铝位于正八面体中心，铝氧八面体：由一个铝和六个氧或氢氧原子团组成，铝位于正八面体中心，氧或氢氧原子团位于六个顶角。

氧或氢氧原子团位于六个顶角 (见图见图1-2)1-2)由多个铝氧八面体在由多个铝氧八面体在a a、、b b两两方向上有序排列组成八面体片八面体片方向上有序排列组成八面体片八面体片特点特点 在在a a、、b b二维方向上无限二维方向上无限延伸；延伸； 共有三个层面，共有三个层面，铝原子层位于中间；上下两个层面组成六角形铝原子层位于中间；上下两个层面组成六角形( (实心实心) )图图1-2 铝氧八面体铝氧八面体第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础3 3）层状粘土矿物的分类）层状粘土矿物的分类单位晶层：单位晶层：由硅氧四面体片与铝氧八面体片组成的在由硅氧四面体片与铝氧八面体片组成的在C C轴方向上能重轴方向上能重复再现的最小单位，称单位晶层或复再现的最小单位，称单位晶层或基本结构层，也称单位晶胞基本结构层，也称单位晶胞四面体片和八面体片对称性相似四面体片和八面体片对称性相似( (都是六角对称的都是六角对称的) )，六角环大小相等，，六角环大小相等，他们可以共用顶角氧原子而连接起来，组成层状粘土矿物的晶层，晶他们可以共用顶角氧原子而连接起来，组成层状粘土矿物的晶层，晶层在层在C C轴方向上的有序排列就构成层状粘土矿物。

轴方向上的有序排列就构成层状粘土矿物1:11:1型：型：一片四面体片和一片八面体片通过共用顶氧形成晶层一片四面体片和一片八面体片通过共用顶氧形成晶层, , 它有五层原子面它有五层原子面（一层硅、一层铝、三层氧（或羟基）面）（一层硅、一层铝、三层氧（或羟基）面）如高岭石如高岭石2:12:1型：型：两片四面体片和一片八面体片形成晶层两片四面体片和一片八面体片形成晶层, ,它有七层原子面，它有七层原子面，如叶腊石、蒙如叶腊石、蒙脱石2:1:12:1:1型：型：2:12:1型的晶层再结合一片水镁石片型的晶层再结合一片水镁石片( (三八面体三八面体) )形成晶层，形成晶层，如绿泥石如绿泥石根据基本结构层的不同，层状结构粘土矿物分为：根据基本结构层的不同，层状结构粘土矿物分为：第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础2 2、常见粘土矿物、常见粘土矿物1 1）高岭石）高岭石  高岭石是高岭石是1:11:1型的层状粘土矿物型的层状粘土矿物，其晶体构造见图，其晶体构造见图1-31-3晶层面一层是晶层面一层是氧，另一层是氢氧原子团氧，另一层是氢氧原子团单位晶胞面积为单位晶胞面积为5.15×8.95.15×8.9Å2 2。

图图1-31-3高高岭岭石石晶晶体体结结构构示示意意图图第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础C C轴间距：晶层中某一晶面与相邻晶层的对应晶面间的距离，单位为轴间距：晶层中某一晶面与相邻晶层的对应晶面间的距离，单位为Å晶格取代：占据晶格点阵位置的原子或离子被其它原子或离子取代而晶格晶格取代：占据晶格点阵位置的原子或离子被其它原子或离子取代而晶格点阵保持不变的现象点阵保持不变的现象通常指硅氧四面体中的硅、铝氧八面体中的铝被其通常指硅氧四面体中的硅、铝氧八面体中的铝被其它原子（通常为低一价的金属原子）取代，如四面体中的它原子（通常为低一价的金属原子）取代，如四面体中的SiSi4+4+被被AlAl3+3+取代，取代，八面体中的八面体中的AlAl3+3+被被MgMg2+2+取代可交换阳离子：可交换阳离子：晶格取代的结果使晶层表面带负电，为了平衡电价，需晶格取代的结果使晶层表面带负电，为了平衡电价，需在晶体表面结合一定数量的阳离子，这些为了平衡电价而结合的阳离子在晶体表面结合一定数量的阳离子，这些为了平衡电价而结合的阳离子称为称为补偿阳离子补偿阳离子由于这些阳离子是可以相互交换的，也称。

由于这些阳离子是可以相互交换的，也称可交换阳离可交换阳离子第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础高岭石的片状结构中，高岭石的片状结构中，一面为一面为OHOH，，另一面为另一面为O O，晶层之间能形成氢，晶层之间能形成氢键键，故晶层间联接力有，故晶层间联接力有氢键力和范德华力氢键力和范德华力，，晶层间联接力强晶层间联接力强，水分，水分子不易进入晶层间；从高岭石的单位晶胞来看，高岭石是电中性，子不易进入晶层间；从高岭石的单位晶胞来看，高岭石是电中性，即高岭石即高岭石很少晶格取代，晶体表面可交换阳离子很少，很少晶格取代，晶体表面可交换阳离子很少，不易形成扩不易形成扩散双电层，引起层间距增大散双电层，引起层间距增大，因此高岭石，因此高岭石是非膨胀性粘土矿物是非膨胀性粘土矿物第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础2）叶腊石、蒙脱石、伊利石）叶腊石、蒙脱石、伊利石（（1 1）叶腊石：是）叶腊石：是2:12:1型层状粘土矿物型层状粘土矿物，单位晶胞见图，单位晶胞见图1-41-4叶腊石是叶腊石是2:12:1型层状粘土矿物的原状矿物，是电中性的其中的八面体型层状粘土矿物的原状矿物，是电中性的。

其中的八面体片为二八面体片，叶腊石晶层的片为二八面体片，叶腊石晶层的上下两个晶面全是氧原子上下两个晶面全是氧原子，晶层间联，晶层间联接力接力仅有范氏引力仅有范氏引力，晶层间联接力弱，水分子能进入晶层之间晶层间联接力弱，水分子能进入晶层之间图图1-4 叶叶蜡蜡石石的的晶晶体体结结构构 第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础（（2 2）蒙脱石、伊利石）蒙脱石、伊利石蒙脱石、伊利石的共同点：蒙脱石、伊利石的共同点：蒙脱石、伊利石都是蒙脱石、伊利石都是2:12:1型层状粘土矿物；晶层中均存在晶格取代型层状粘土矿物；晶层中均存在晶格取代蒙脱石、伊利石的区别：蒙脱石、伊利石的区别：★★晶格取代的位置及程度不同晶格取代的位置及程度不同蒙脱石晶格取代主要发生于八面体片中，蒙脱石晶格取代主要发生于八面体片中，AlAl3+3+被被MgMg2+2+取代；伊利石晶格取代主要发生于四面体片中，取代；伊利石晶格取代主要发生于四面体片中，SlSl4+4+被被AlAl3+3+取代；取代；伊利石晶格取代程度较蒙脱石强，多伊利石晶格取代程度较蒙脱石强，多1~1.51~1.5倍★★补偿阳离子不同补偿阳离子不同蒙脱石的补偿阳离子大多是蒙脱石的补偿阳离子大多是NaNa+ +、、CaCa2+2+，有时是，有时是K K+ +、、LiLi+ +；伊利石的补偿阳离子全是；伊利石的补偿阳离子全是K K+ +。

第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础★★晶层间联接力不同晶层间联接力不同蒙脱石晶层间联接力是范氏引力，很弱，水分子易进入晶层之间；而伊利石蒙脱石晶层间联接力是范氏引力，很弱，水分子易进入晶层之间；而伊利石晶层间联接力是范氏引力和晶层间联接力是范氏引力和K K+ +嵌力（嵌力（K K+ +嵌力是这样形成的：未水化嵌力是这样形成的：未水化K K+ +尺寸与尺寸与六角环直径相近，嵌入两个相邻晶层的六角形之间，把两晶层联接起来，六角环直径相近，嵌入两个相邻晶层的六角形之间，把两晶层联接起来，K K+ +的嵌入是在其形成过程中完成的的嵌入是在其形成过程中完成的）即使是钾蒙脱石，晶层间联接力也较伊利石弱得多其原因是即使是钾蒙脱石，晶层间联接力也较伊利石弱得多其原因是K K蒙脱石中蒙脱石中K K已已水化，其直径远大于六角环尺寸，无此水化，其直径远大于六角环尺寸，无此K K嵌力第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础表表1-41-4三种常见粘土矿物的主要特点三种常见粘土矿物的主要特点粘土粘土矿物矿物化学组成化学组成结晶结晶型型C-C-间距间距晶层晶层间间引力引力膨胀量膨胀量/%/%高岭高岭石石AlAl2 2[Si[Si2 2O O5 5][OH]][OH]4 41:11:17.2 7.2 Å强强<5<5蒙脱蒙脱石石(Al(Al2 2MgMg3 3)(Si)(Si4 4O O1010)(OH))(OH)2 2·nH·nH2 2O O2:12:19.69.6～～21.4 21.4 Å弱弱9090～～100100伊利伊利石石(K,Na,Ca(K,Na,Ca2 2)(Al,Mg))(Al,Mg)4 4(Si,Al)(Si,Al)8 8O O2020(OH)(OH)4 4·nH·nH2 2O O2:12:110.0 10.0 Å较强较强2.52.5第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础1 1）粘土）粘土- -水胶体分散体系中的电动现象水胶体分散体系中的电动现象3 3、粘土、粘土——水界面双电层水界面双电层胶体的电动现象包括电泳、电渗、流动电位与沉降电位的产生。

胶体的电动现象包括电泳、电渗、流动电位与沉降电位的产生 电泳：电泳：在外加电场作用下，带电的胶体粒子在分散介质中，向与其本身电性在外加电场作用下，带电的胶体粒子在分散介质中，向与其本身电性相反的电极移动的现象水中的相反的电极移动的现象水中的粘土颗粒向阳极运动粘土颗粒向阳极运动 电渗：电渗：在外加电场作用下，液体（通常是水）相对与和它接触的带电荷的固体在外加电场作用下，液体（通常是水）相对与和它接触的带电荷的固体相作相对运动的现象相作相对运动的现象水向阴极运动水向阴极运动 流动电位是不加外电场而用机械力促使两相间发生相对移动时，由于正负电荷流动电位是不加外电场而用机械力促使两相间发生相对移动时，由于正负电荷分布不均，两相间产生的电位沉降电位是由于胶粒的重力而在介质中下沉所分布不均，两相间产生的电位沉降电位是由于胶粒的重力而在介质中下沉所产生的电位产生的电位 电泳和电渗现象表明：粘土电泳和电渗现象表明：粘土( (胶粒胶粒) )和水和水( (分散介质分散介质) )都带电，且电都带电，且电性相反第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础 2 2）胶团结构）胶团结构 溶胶粒子大小在溶胶粒子大小在1nm1nm一一1pm1pm之间，所以每个溶胶粒子是由许多分子或原子聚集而成的。

之间，所以每个溶胶粒子是由许多分子或原子聚集而成的例如：用稀例如：用稀AgNOAgNO3 3溶液与溶液与KIKI溶液制备溶液制备AgIAgI溶胶时，首先形成不溶于水的溶胶时，首先形成不溶于水的AgIAgI粒子，它是胶粒子，它是胶团的核心研究表明，团的核心研究表明，AgIAgI也具有晶体结构，它的比表面很大，所以，也具有晶体结构，它的比表面很大，所以，如果如果AgNOAgNO3 3过量，过量，按法扬斯按法扬斯(Fajans)(Fajans)法则，法则，AgIAgI易从溶液中选择吸附易从溶液中选择吸附AgAg+ +而构成胶核，被吸附的而构成胶核，被吸附的AgAg+ +称为定称为定势离子势离子留在溶液中的留在溶液中的NONO3 3- -离子，因受胶核的吸引围绕于其周围，称为离子，因受胶核的吸引围绕于其周围，称为反离子反离子但反离子本身有热运动，结果只有部分离子本身有热运动，结果只有部分NONO3 3- -离子靠近胶核，并与被吸附的离子靠近胶核，并与被吸附的AgAg+ +一起组成所谓一起组成所谓" "吸附层吸附层" "，而另一部分，而另一部分NONO3 3- -则扩散到较远的介质中去，形成所谓则扩散到较远的介质中去，形成所谓" "扩散层扩散层" "。

胶核与吸附胶核与吸附层层NONO3 3－－组成组成" "胶粒胶粒" "由胶粒与扩散层中的反离子由胶粒与扩散层中的反离子NONO3 3－－组成组成" "胶团胶团" "胶团分散于液体介胶团分散于液体介质中，便是溶胶质中，便是溶胶AgIAgI的胶团结构表示如下：的胶团结构表示如下：第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础从胶团结构式可以看出，构成胶粒的核心物质，决定电位离子从胶团结构式可以看出，构成胶粒的核心物质，决定电位离子( (定势定势离子离子) )和反离子和反离子 关于粘土胶团，现以某种纯的钠蒙脱石为例，其胶团结构可表示为：关于粘土胶团，现以某种纯的钠蒙脱石为例，其胶团结构可表示为：若若KIKI过量，则过量，则I I- -离子优先被吸附，离子优先被吸附，此时其胶团结构为：此时其胶团结构为：第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础胶体分散系统中的胶团具有层状结构，从内到外分别是胶核、吸附层胶体分散系统中的胶团具有层状结构，从内到外分别是胶核、吸附层( (又称又称SternStern层层) )和扩散层和扩散层胶胶核核的的表表面面带带有有固固定定数数目目的的电电荷荷( (对对于于不不同同类类型型的的胶胶体体颗颗粒粒，，有有的的胶胶核核带带正正电电，，有有的的胶胶核核带带负负电电荷荷) )；；吸吸附附层层中中的的电电荷荷总总是是与与胶胶核核所所带带电电荷荷相相反反，，电电荷荷量量比比胶胶核核的的电电荷荷量量小小；；扩扩散散层层也也带带有有与与胶胶核核相相反反的的电电荷荷，，电电荷荷量量也也比比胶胶核核的的电电荷荷量量小小，，但但吸吸附附层层和和扩扩散散层层中中的的电电荷荷总总量量等等于于胶胶核核的的电电荷荷总总量量，，使使得得整整个个胶胶团团呈呈电电中中性性。

扩扩散散层层的的电电荷荷分分布布随随距距胶胶核核表表面面的的距距离的增大而下降，直到溶液本体处下降为零离的增大而下降，直到溶液本体处下降为零法扬斯法则法扬斯法则：当离子键固体从溶液中吸附离子时，若溶液中的离子能：当离子键固体从溶液中吸附离子时，若溶液中的离子能与固体中的异号离子形成难溶物，则这种离子优先被吸附．这条规律与固体中的异号离子形成难溶物，则这种离子优先被吸附．这条规律叫法扬斯法则叫法扬斯法则第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础总之，组成胶核的分子或原子一般为几百至几千个，总之，组成胶核的分子或原子一般为几百至几千个，反离子的电荷数反离子的电荷数等于定势离子的电荷数，所以胶团是电中性的等于定势离子的电荷数，所以胶团是电中性的在布朗运动中，胶粒在布朗运动中，胶粒运动．而扩散层的反离子则由于与定势离子的静电引力减弱，扩散层运动．而扩散层的反离子则由于与定势离子的静电引力减弱，扩散层变厚   第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础 （（1 1）扩散双电层的形成与结构）扩散双电层的形成与结构3 3）扩散双电层理论与电动电位）扩散双电层理论与电动电位  19241924年，年，SternStern提出了较完善的扩散双提出了较完善的扩散双电层理论，其要点如下：从胶团结构可电层理论，其要点如下：从胶团结构可知，既然胶体粒子带电，那么在它周围知，既然胶体粒子带电，那么在它周围必然分布着电荷数相等的反离子，于是必然分布着电荷数相等的反离子，于是在固液界面形成双电层。

双电层中的反在固液界面形成双电层双电层中的反离子，一方面受到固体表面电荷的吸引，离子，一方面受到固体表面电荷的吸引，靠近固体表面；另一方面，由于反离子靠近固体表面；另一方面，由于反离子的热运动，又有扩散到液相内部去的能的热运动，又有扩散到液相内部去的能力这两种相反作用的结果，使得反离力这两种相反作用的结果，使得反离子扩散地分布在胶粒周围，构成扩散双子扩散地分布在胶粒周围，构成扩散双电层在扩散双电层中反离子的分布是在扩散双电层中反离子的分布是不均匀的，靠近固体表面处密度高，形不均匀的，靠近固体表面处密度高，形成紧密层成紧密层( (吸附层吸附层) )，如图，如图1-5.1-5. 图图1-51-5扩散双电层示意图扩散双电层示意图第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础扩散双电层：从固体表面到过剩正电荷为零的部分，由吸附层和扩散层扩散双电层：从固体表面到过剩正电荷为零的部分，由吸附层和扩散层两部分组成两部分组成 其中吸附层是固体表面紧密吸附的反离子和水分子所组成其中吸附层是固体表面紧密吸附的反离子和水分子所组成的部分（反离子是溶剂化的，构成吸附溶剂化层）；而扩散层则是反离的部分（反离子是溶剂化的，构成吸附溶剂化层）；而扩散层则是反离子和水分子吸附力较弱的部分。

吸附层和扩散层的分界面称为滑动面子和水分子吸附力较弱的部分吸附层和扩散层的分界面称为滑动面固体运动时带着吸附层一起运动固体运动时带着吸附层一起运动 从固体表面到均匀液相的电势降称为表面电势从固体表面到均匀液相的电势降称为表面电势фф0 0；从滑动面到均匀液相的；从滑动面到均匀液相的电势降称为电势降称为ξ—ξ—电势从扩散双电层的物理图象出发，根据电荷的分布规律，可以导出电动方程从扩散双电层的物理图象出发，根据电荷的分布规律，可以导出电动方程式中：式中：ξ—ξ—从滑动面到均匀液相的电势降，伏从滑动面到均匀液相的电势降，伏 η— η—介质粘度介质粘度 ，牛顿，牛顿··秒秒/ /米米2 2 ，，1 1牛顿牛顿··秒秒/ /米米2 2=10=10泊泊=1000=1000厘泊厘泊 u— u—电泳速度电泳速度 米米/ /秒秒 ε— ε—介电常数介电常数 ，，ε=εε=ε0 0εrεr，，εε0 0=8.85×10=8.85×10-12-12库仑库仑2 2牛顿牛顿-1-1米米-2-2；； E— E—电场强度电场强度 伏伏/ /米米第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础粘土矿物晶体层面与端面结构不同，因此，可以形成两种不同的双电层，粘土矿物晶体层面与端面结构不同，因此，可以形成两种不同的双电层，这就是所谓这就是所谓粘土胶体双电层的两重性粘土胶体双电层的两重性。

 （（2 2）粘土溶胶）粘土溶胶——悬浮体双电层的特点悬浮体双电层的特点如面所述，在蒙脱石和伊利石的晶格里，硅氧四面如面所述，在蒙脱石和伊利石的晶格里，硅氧四面体晶片中部分体晶片中部分SiSi4+4+可被可被AlAl3+3+取代，铝氧八面体晶片中取代，铝氧八面体晶片中部分部分A1A13+3+可被可被MgMg2+2+或或FeFe2+2+等取代这种晶格取代作用等取代这种晶格取代作用造成粘土晶格表面上带永久负电荷，于是它们吸附造成粘土晶格表面上带永久负电荷，于是它们吸附等电量的阳离子等电量的阳离子(Na(Na+ +、、CaCa2+2+、、MgMg2+2+等等) )若将这些粘若将这些粘土放到水里，吸附的阳离子便解离，向外扩散，结土放到水里，吸附的阳离子便解离，向外扩散，结果形成了胶粒带负电的扩散双电层粘土表面上紧果形成了胶粒带负电的扩散双电层粘土表面上紧密地连接着一部分水分子密地连接着一部分水分子( (氢键连接氢键连接) )和部分带水化和部分带水化壳的阳离子，构成吸附层（吸附溶剂化层）；其余壳的阳离子，构成吸附层（吸附溶剂化层）；其余的阳离子带着它们的溶剂化水扩散地分布在液相中，的阳离子带着它们的溶剂化水扩散地分布在液相中，组成扩散层，如右图所示。

组成扩散层，如右图所示 粘土层面上的双电层结构粘土层面上的双电层结构第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础粘土矿物晶体端面上裸露的原子结构和层面上不同在端面，粘土晶格中铝氧八面粘土矿物晶体端面上裸露的原子结构和层面上不同在端面，粘土晶格中铝氧八面体与硅氧四面体原来的键被断开了体与硅氧四面体原来的键被断开了八面体处端部表面相当于铝矾土八面体处端部表面相当于铝矾土[A1(OH)[A1(OH)3 3] ]颗粒的表面颗粒的表面不少研究者指出，当不少研究者指出，当介质介质的的pHpH值低于值低于9 9时时，这个表面上，这个表面上OHOH- -解离后会露出带正电的铝离子，故可以解离后会露出带正电的铝离子，故可以形成正溶胶形成正溶胶形式的双电层形式的双电层；而；而在碱性介质中在碱性介质中，由于这个表面上的氢解离，裸露出带负电的表面，由于这个表面上的氢解离，裸露出带负电的表面(>A1-O-)(>A1-O-)在这种情况下所形成的双电层，其在这种情况下所形成的双电层，其电性与层面上相同电性与层面上相同在粘土硅氧四面体的端面在粘土硅氧四面体的端面，通常由于，通常由于H H+ +的解离而带负电但粘土悬浮体中常常有少的解离而带负电。

但粘土悬浮体中常常有少量量AlAl3+3+存在，它将被吸附在硅氧四面体的破键处，从而使之带正电存在，它将被吸附在硅氧四面体的破键处，从而使之带正电粘土端面可以粘土端面可以形成正溶胶形式的双电层形成正溶胶形式的双电层，这一点与电泳实验中粘土颗粒带负电并不矛盾因为端，这一点与电泳实验中粘土颗粒带负电并不矛盾因为端面所带的正电荷与粘土层面上带的负电荷数量相比，是很少的就面所带的正电荷与粘土层面上带的负电荷数量相比，是很少的就整个粘土颗粒而整个粘土颗粒而言，它所带的净电荷是负的言，它所带的净电荷是负的，故在电场的作用下向正极运移故在电场的作用下向正极运移需要指出的是：需要指出的是：粘土溶胶粘土溶胶——悬浮体一般是碱性环境，端表面带负电；平悬浮体一般是碱性环境，端表面带负电；平表面的双电层占绝对优势表面的双电层占绝对优势 粘土端面上的双电层结构粘土端面上的双电层结构第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础电泳实验表明，电泳实验表明，胶体中的电解质浓度越高，电泳速度越慢，即胶体中的电解质浓度越高，电泳速度越慢，即ξξ电位越电位越小，这就是电解质对双电层的压缩作用小，这就是电解质对双电层的压缩作用。

压缩程度与反离子浓度和价压缩程度与反离子浓度和价数有关：数有关：反离子价数越高，压缩增强；反离子浓度越大，压缩增强越大反离子价数越高，压缩增强；反离子浓度越大，压缩增强越大当电解质的浓度增大到一定值时，当电解质的浓度增大到一定值时，ξξ电势为零电势为零( (电泳速度为零电泳速度为零) )，该状态，该状态称为等电点称为等电点4 4）电解质对双电层的压缩作用）电解质对双电层的压缩作用第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础  对于对于因电离或吸附定势离子形成的双电层因电离或吸附定势离子形成的双电层，随着电解质浓度增加，，随着电解质浓度增加，ξξ电位电位变小，双电层变薄，但其表面电势保持不变，这种双电层成为变小，双电层变薄，但其表面电势保持不变，这种双电层成为恒表面电势型恒表面电势型双电层双电层对于因对于因晶格取代所形成的双电层晶格取代所形成的双电层，表面电荷多少取决于晶格取代的程度，与，表面电荷多少取决于晶格取代的程度，与溶液中的电解质无关，随着电解质浓度增加，溶液中的电解质无关，随着电解质浓度增加，ξξ电位变小，双电层变薄，但电位变小，双电层变薄，但其表面电荷保持不变，表面电势下降其表面电荷保持不变，表面电势下降( (导致导致ξξ电位更快的降低电位更快的降低) )，故称其为，故称其为恒恒表面电荷型双电层，该种双电层更易被压缩。

表面电荷型双电层，该种双电层更易被压缩 5 5）离子交换吸附）离子交换吸附 指一种离子被吸附的同时，从吸附剂表面顶替出等当量的带相同电荷的指一种离子被吸附的同时，从吸附剂表面顶替出等当量的带相同电荷的离子的过程离子的过程它有如下特点：同电性离子等当量交换；离子交换吸附是它有如下特点：同电性离子等当量交换；离子交换吸附是动态过程动态过程( (可逆过程可逆过程) )；离子交换吸附速度较慢离子交换吸附速度较慢第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础粘土颗粒表面具有离子交换吸附的特性粘土颗粒表面具有离子交换吸附的特性粘土晶层平表面吸附的补偿阳离粘土晶层平表面吸附的补偿阳离子可部分或全部被水中的其它阳离子所交换例如，钠蒙脱石表面的子可部分或全部被水中的其它阳离子所交换例如，钠蒙脱石表面的NaNa+ +可全部被水中的可全部被水中的CaCa2+2+所交换；高岭石表面的所交换；高岭石表面的H H+ +可被水中的可被水中的NaNa+ +交换下来交换下来离子交换吸附遵守如下规则：离子交换吸附遵守如下规则：(1)(1)带正电的吸附剂交换吸附负离子；带负电的吸附剂交换吸附阳离子带正电的吸附剂交换吸附负离子；带负电的吸附剂交换吸附阳离子。

2)(2)阳离子价数越高，吸附能力越强阳离子价数越高，吸附能力越强3)(3)对同价阳离子：离子的水化能力越低或水化半径越小，吸附能力越强对同价阳离子：离子的水化能力越低或水化半径越小，吸附能力越强 常见阳离子在粘土上吸附能力有如下顺序：常见阳离子在粘土上吸附能力有如下顺序：LiLi+ +＜＜NaNa+ +＜＜K K+ +＜＜NH4NH4+ +＜＜MgMg2+2+＜＜CaCa2+2+＜＜BaBa2+2+＜＜AlAl3+3+＜＜FeFe3 3+ +＜＜H H+ +注意：注意：NH4NH4+ +水化能力弱水化能力弱(72(72千克千克/mol)/mol)，且是多原子离子，吸附能力较强；，且是多原子离子，吸附能力较强；H H+ +水化很差，体积特别小，吸附能力比水化很差，体积特别小，吸附能力比FeFe3+3+、、AlAl3+3+均强故故pHpH对钻井液性能影响很大对钻井液性能影响很大 第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础1 1）带电性）带电性4 4、粘土矿物的性质、粘土矿物的性质吸附：物质在两相界面上自动浓集的现象称为吸附吸附：物质在两相界面上自动浓集的现象称为吸附；包括物理吸附和化学吸；包括物理吸附和化学吸附。

物理吸附：指吸附剂与吸附质通过分子间力而产生的吸附（包括氢键力）附物理吸附：指吸附剂与吸附质通过分子间力而产生的吸附（包括氢键力）化学吸附：指吸附剂与吸附质之间通过化学键而产生的吸附化学吸附：指吸附剂与吸附质之间通过化学键而产生的吸附片状粘土颗粒平表面存在晶格取代，在溶液中可交换阳离子的解离，使片状粘土颗粒平表面存在晶格取代，在溶液中可交换阳离子的解离，使晶层表面带负电，端表面断键后的带电性取决于介质晶层表面带负电，端表面断键后的带电性取决于介质pHpH，酸性或中性带，酸性或中性带正电，碱性下带负电这两种来源带电性的代数和，决定了粘土正电，碱性下带负电这两种来源带电性的代数和，决定了粘土——水溶水溶胶悬浮体的最后带电性胶悬浮体的最后带电性一般情况下，一般情况下，粘土粘土—水溶胶悬浮体（多数是指钻井液）是碱性环境，对水溶胶悬浮体（多数是指钻井液）是碱性环境，对外显负电性外显负电性2 2）吸附性）吸附性第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础物质在粘土表面的吸附有物理吸附和化学吸附物质在粘土表面的吸附有物理吸附和化学吸附粘土晶层平表面吸附的补偿粘土晶层平表面吸附的补偿阳离子可部分或全部被水中的其它阳离子所交换，是离子交换吸附，属于化阳离子可部分或全部被水中的其它阳离子所交换，是离子交换吸附，属于化学吸附；水中的表面活性剂，高分子聚合物，无机盐等都能在粘土表面吸附，学吸附；水中的表面活性剂，高分子聚合物，无机盐等都能在粘土表面吸附，也属于化学吸附也属于化学吸附。

3 3）膨胀性和分散性）膨胀性和分散性 不同粘土矿物的膨胀性有很大不同，如蒙脱石是膨胀性的而伊利石和高不同粘土矿物的膨胀性有很大不同，如蒙脱石是膨胀性的而伊利石和高岭石是非膨胀性的岭石是非膨胀性的粘土矿物吸水后体积增大的特性是膨胀性粘土矿物吸水后体积增大的特性是膨胀性粘土颗粒因水化作用分散成更小颗粒的现象，称为其水化分散性粘土颗粒因水化作用分散成更小颗粒的现象，称为其水化分散性 粘土的阳离子交换容量粘土的阳离子交换容量（（CEC）：）：每每100100克干粘土所含可交换阳离子的克干粘土所含可交换阳离子的总量单位总量单位mmol/100gmmol/100g土 第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础粘土矿物本身的结构：粘土矿物本身的结构：它是起决定作用的，结构决定了其晶层间连接力的它是起决定作用的，结构决定了其晶层间连接力的强弱补偿阳离子的类型：补偿阳离子的类型：补偿阳离子水化能越大，粘土矿物的膨胀性越强补偿阳离子水化能越大，粘土矿物的膨胀性越强介质的介质的pHpH值和含盐量：值和含盐量：PHPH值越高，值越高，ξξ电位越大，膨胀性越强，含盐量越高电位越大，膨胀性越强，含盐量越高或盐的阳离子价数越大，压缩双电层作用越大，或盐的阳离子价数越大，压缩双电层作用越大，ξξ电位越小，膨胀性越弱。

电位越小，膨胀性越弱粘土矿物的种类，膨胀性越强的粘土矿物，在水中的分散性越强粘土矿物的种类，膨胀性越强的粘土矿物，在水中的分散性越强粘土颗粒的胶结强度，粘土颗粒间胶结越强，水化分散能力越弱粘土颗粒的胶结强度，粘土颗粒间胶结越强，水化分散能力越弱影响膨胀性的因素影响膨胀性的因素影响分散性的因素影响分散性的因素第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础4 4）聚结性（凝聚性））聚结性（凝聚性）（（1 1）胶体的稳定性）胶体的稳定性 胶体的稳定性有两种不同的概念：即胶体的稳定性有两种不同的概念：即动力动力( (沉降沉降) )稳定性和聚结稳定性稳定性和聚结稳定性 动力稳定性：是指在重力作用下分散相粒子是否容易下沉的性质一般动力稳定性：是指在重力作用下分散相粒子是否容易下沉的性质一般用分散相下沉速度的快慢来衡量动力稳定性的好坏用分散相下沉速度的快慢来衡量动力稳定性的好坏聚结稳定性聚结稳定性 ：是指分散相粒子是否容易自动聚结变大的性质是指分散相粒子是否容易自动聚结变大的性质不管分散不管分散相粒子的沉降速度如何，只要它们不自动降低分散度，聚结度变大，该相粒子的沉降速度如何，只要它们不自动降低分散度，聚结度变大，该胶体就是聚结稳定性好的体系胶体就是聚结稳定性好的体系 。

二者是不同的概念，但又相互联系如果分散相粒子自动聚结变大，那二者是不同的概念，但又相互联系如果分散相粒子自动聚结变大，那么，由于重量加大，必然引起下沉因此，失去聚结稳定性，最终必然么，由于重量加大，必然引起下沉因此，失去聚结稳定性，最终必然失去动力稳定性由此可见，失去动力稳定性由此可见，聚结稳定性是最根本的聚结稳定性是最根本的第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础（（2 2）影响聚结性的因素）影响聚结性的因素胶体粒子之间的吸力能是永恒存在的只是当胶体处于相对稳定状态时，胶体粒子之间的吸力能是永恒存在的只是当胶体处于相对稳定状态时，吸力能被斥力能所抵消而已一般说来，外界因素很难改变吸引力的大小，吸力能被斥力能所抵消而已一般说来，外界因素很难改变吸引力的大小，然而改变分散介质中电解质的浓度与价态则可显著影响胶粒之间的斥力位然而改变分散介质中电解质的浓度与价态则可显著影响胶粒之间的斥力位能 ①①电解质浓度的影响电解质浓度的影响 由下图可见，在低的和中等浓度电解质存在时，总位能有一个最大值，由下图可见，在低的和中等浓度电解质存在时，总位能有一个最大值，但随着电解质浓度的升高，斥能峰降低；而但随着电解质浓度的升高，斥能峰降低；而高浓度电解质存在时高浓度电解质存在时，除了，除了胶体粒子非常靠近的距离以外，胶体粒子非常靠近的距离以外，在任何距离上都是吸引能占优势在任何距离上都是吸引能占优势，在这，在这种情况下种情况下聚结速度最快聚结速度最快( (图中图中c)c)。

在中等电解质浓度下在中等电解质浓度下( (图中图中b)b)，由于，由于““远程远程””斥力能的作用，聚结过程延缓了在斥力能的作用，聚结过程延缓了在低电解质浓度下低电解质浓度下( (图中图中a)a)，由，由于存在明显的于存在明显的““远程远程””斥力作用，聚结过程很慢斥力作用，聚结过程很慢 第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础②②反离子价数的影响反离子价数的影响电解质中起聚沉作用的，主要是与胶粒带相反电荷的反离子，电解质中起聚沉作用的，主要是与胶粒带相反电荷的反离子，反离子价数反离子价数愈高，聚沉率愈高愈高，聚沉率愈高第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础同价离子聚沉能力的次序与水化离子半径从小到大的次序大致相同同价离子聚沉能力的次序与水化离子半径从小到大的次序大致相同，这，这可能是由于水化离子半径越小，越容易靠近胶体粒子的缘故对可能是由于水化离子半径越小，越容易靠近胶体粒子的缘故对高价离高价离子，影响其聚沉能力的因素中，价数是主要的子，影响其聚沉能力的因素中，价数是主要的，离子大小的影响，相对，离子大小的影响，相对地就不那么显著了地就不那么显著了 ③③反离子大小的影响反离子大小的影响 同价离子的聚沉率虽然相近，但仍有差别，特别是一价离子的差别比较明同价离子的聚沉率虽然相近，但仍有差别，特别是一价离子的差别比较明显，若将各离子按其聚沉能力的顺序排列，则一价阳离子的排序为：显，若将各离子按其聚沉能力的顺序排列，则一价阳离子的排序为：      H+＞＞Cs+＞＞Rb+＞＞NH4+＞＞K+＞＞Na+＞＞Li+     一价阴离子的顺序为：一价阴离子的顺序为：      F-＞＞IO3-＞＞H2PO4-＞＞BrO3-＞＞ Cl-＞＞ C1O3-＞＞Br-＞＞I-＞＞CNS- 第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础④④同号离子的影响同号离子的影响总之就主要因素来讲，总之就主要因素来讲，双电层的斥力阻碍聚结双电层的斥力阻碍聚结，，电解质浓度越低，反离电解质浓度越低，反离子价态越低，压缩双电层作用越小，聚结稳定性越好；子价态越低，压缩双电层作用越小，聚结稳定性越好；反之，电解质浓反之，电解质浓度增加，反离子价态越高，压缩双电层作用越强，聚结稳定性越差，越度增加，反离子价态越高，压缩双电层作用越强，聚结稳定性越差，越易聚结变大甚至沉淀。

易聚结变大甚至沉淀分子间引力（范德华力）导致聚结，分子间的引分子间引力（范德华力）导致聚结，分子间的引力越大，越易聚结力越大，越易聚结与胶粒所带电荷相同的离子称为与胶粒所带电荷相同的离子称为同号离子同号离子，一般说来它们，一般说来它们对胶体有一对胶体有一定的稳定作用定的稳定作用，可以降低反离子的聚沉能力可以降低反离子的聚沉能力但有机高聚物离子但有机高聚物离子( (聚电聚电解质解质) )例外例外，即使与胶粒带电相同，也能被胶粒吸附即使与胶粒带电相同，也能被胶粒吸附⑤⑤相互聚沉现象相互聚沉现象 一般情况下，带相同电荷的两种溶胶混合后没有变化（有个别例外）一般情况下，带相同电荷的两种溶胶混合后没有变化（有个别例外）若将两种相反电荷的溶胶相互混合，则发生聚沉若将两种相反电荷的溶胶相互混合，则发生聚沉 第一章第一章  粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础作业作业1 1、胶体、胶体化学的概念及主要研究对象？、胶体、胶体化学的概念及主要研究对象？2 2、、举出气溶胶、液溶胶、固溶胶的两种实例？阐述胶体体系的基本特征？举出气溶胶、液溶胶、固溶胶的两种实例？阐述胶体体系的基本特征？3 3、单位晶层、可交换阳离子、、单位晶层、可交换阳离子、CECCEC的概念？粘土矿物的主要性质有哪些？的概念？粘土矿物的主要性质有哪些？4 4、为什么说高岭石、伊利石是非膨胀性的粘土矿物，而蒙脱石是膨胀性粘、为什么说高岭石、伊利石是非膨胀性的粘土矿物，而蒙脱石是膨胀性粘土矿物？土矿物？。