Skip to main content Accessibility help
×
Home

Utilisation du rayonnement synchrotron en diffusion aux petits angles pour l'étude du gonflement des smectites: I. Etude du systeme eau-montmorillonite-Na en fonction de la temperature

  • C. H. Pons (a1), F. Rousseaux (a2) and D. Tchoubar (a1)

Resume

Nous proposons l'étude du mècanisme de gonflement d'une smectite, basée sur l'exploitation des diagrammes de diffusion aux petits angles obtenus avec la source de rayons X synchrotron de Lure (Orsay). Cette technique a permis d'étudier le gonflement, en fonction de la température, d'une montmorillonite Na, en suspension dans l'eau et concentrée à 20%.

L'analyse des diagrammes est éffectuée par une méhode basée sur la comparaison des courbes expérimentales à des courbes théoriques. Les modèles de structure permettant le calcul des diagrammes théoriques fait appel à la notion de particule (définie comme un empilement de feuillets parallèles) et de structure interne de la particule (définie par un ensemble de translations di affectées des probabilités pi qui déterminent la position mutuelle des feuillets).

Les résultats montrent qu'à basse température, les particules de très grande taille sont constituées par la superposition de sous empilements, comportant 4 à 5 feuillets, hydratés d'une manière homogène et se désorientant mutuellement pour former la structure du gel. On explique ainsi que la structure du gel formé est correlée avec celle du solide initial et que le phénomène de gonflement est quasi réversible.

Abstract

The swelling process of a Na-smectite in water (20 g clay/100 g water) has been examined using results from the low-angle scattering of a synchrotron beam. The experimental curves obtained are compared with theoretical ones based on a model particle (a parallel layer stacking with its internal structure defined by a set of translations di and with the probabilities pi determining the relative positions of the layers in the stacking).

The swelling of the clay has been studied as a function of temperature. At very low temperatures the particles are large and are composed of unit stackings containing 4 or 5 layers. These unit stackings correspond to homogeneous hydration domains. Swelling causes the formation of a gel in which the layers are kept parallel within the unit stackings but these stackings are disoriented with respect to each other.

The results explain the structure correlation which is observed between a smectite gel and its precursor solid and also explain the quasi-reversibility of the swelling process.

Kurzreferat

Das Quellungsverhalten von Na-Smectit in Wasser (20 g Ton/100 g Wasser) wurde mittels Synchrotronstrahler im Kleinwinkelbereich untersucht. Die experimentell ermittelten Kurven werden mit theoretisch, basierend auf einem Modellteilchen, verglichen (ein Stapel paralleler Schichten mit einer inneren Struktur, definiert durch eine Reihe von Übergängen di mit der Wahrscheinlichkeit pi , welche die relativen Positionen der Schichten im Stapel bestimmen).

Das Quellen des Tones wurde in Abhängigkeit von der Temperatur betrachtet. Bei sehr niedrigen Temperaturen sind die Partikel recht groß und aus 4 bis 5 schichtigen Stapeln zusammengesetzt. Diese Einheitsstapel entsprechen Bereichen homogener Hydratation. Quellung bewirkt die Bildung einer Anordnun, in welcher Schichten innerhalb der Einheitsstapel parallel ausgerichtet vorliegen, letztere aber in Beziehung zueinander desorientiert sind.

Die Ergebnisse erklären die strukturelle Beziehung zwischen einem Smectitgel und dessen fester Vorstufe und darüber hinaus die scheinbare Umkehrbarkeit des Quellungsprozesses.

Resumen

Se propone el estudio del mecanismo de hinchamiento de una esmectita, basado en la explotación de diagramas de difusión a pequeños ángulos obtenidos con una fuente de rayos X sincrotón de LURE (Orsay). Esta técnica ha permitido estudiar el hinchamiento, en función de la temperatura, de una Montmorillonita Na, en suspensión acuosa yen concentración del 20%.

El análisis de diagramas se efectúa por un método basado en la comparación de curvas experimentales con curvas teóricas. Los modelos de estructura, que permiten el cálculo de los diagramas teóricos, tienen en cuenta la noción de partícula (definida como un apilamiento de láminas paralelas) y de estructura interna de la partícula (definida por un conjunto de translaciones di afectadas de probabilidades pi que determinan las posiciones relativas de las láminas).

Los resultados muest ran que a baja temperatura, las partículas de tamaño muy grande estan constituidas por la superposición de sub-epilamientos, conteniendo de 4 a 5 láminas hidratadasde forma homogenea con dos capas de agua, y separadas por laminas conteniendo una, tres o cuatro capas de agua. En el curso del hinchamiento los sub-apilamientos hinchan de forma homogenea y se desorientan mutuamente para formar la estructura del gel. Se explica asi que la estructura del gel esté relacionada con la del sólido inicial y que el fenómeno de hinchamiento sea casi reversible.

Copyright

References

Hide All
Andrews, D.E. & Schmidt, P.W.(1967) X ray study of interactions between montmorillonite platelets. Clays Clay Miner. 15, 321330.
Barrios, J. Plançon, A. Crux, M.I. & Tchoubar, C.(1977) Qualitative and quantitative study of stacking faults in a hydrazine treated kaolinite. Relationship with the infrared spectra. Clays Clay Miner. 25,422429.
Ben Brahim, J. (1979) Conditions d'obtention à l'e´chelle absolue des diagrammes de diffraction X dans le cas des silicates lamellaires. Application à l'étude de la kaolinite. Msc Thesis, Univ. Tunis, Tunisie.
Brindley, G.W. & Mering, J.(1951) Diffraction des rayons X par les structures en couches désordonnées.I. Acta Cryst. 4, 441447.
Cebula, D.J. Thomas, R.K. Middleton, S. Ottewill, R.H. & White, J.W.(1979). Neutron diffraction from clay-water systems. Clays Clay Miner. 27, 3952.
Gabriel, A. Dauvergne, F. & Rosenbaum, G.(1978) Linear, circular and two-dimensional position sensitive detectors. Nucl. Inst. Methods 152, 191194.
Glaeser, R. & Mering, J. (1968). Domaine d'hydratation homogène des smectites. C.R. Acad. Sci. Paris, 267, 463466.
Hendricks, S. & Teller, E.(1942) X-ray interference in partially ordered layer lattices. J. Chem. Phys. 10, 147167.
Lemonnier, M., Fourme, R., Rousseaux, F. & Kahn, R. (1978) X-ray curved-crystal monochromator system at the storage ring D.C.I., Nucl. Inst. Methods 152, 173177.
Mcewan, D.M.C. & Ruiz-Amil, A.(1975). Interstratified clay minerals. Pp.265334, in Encyclopedia of Soil Science, Springer Verlag, New York Inc.
Mering, J.(1949) L'interférence des rayons X dans les systèmes á stratification d´sordonn´e. Acta Cryst. 2, 371377.
Mering, J. (1950) Les réflexions des rayons X par les minéraux argileux interstratifiés. Trans. 4th Int. Cong. Soil Sci., Amsterdam, II, 2126.
Mering, J. & Oberlin, A.(1967) Electron-optical study of smectites. Clays Clay Miner. 15, 325.
Norrish, K.(1954), The swelling of montmorillonite. Disc. Farad. Soc. lg, 120134.
Norrish, K.(1972) Forces between clay particles. Proc. Int. Clay Conf. Madrid, 375383.
Norrish, K. & Rausell-Colom, A.(1962) Effect of freezing on the swelling of clay minerals. Clay Miner. Bull. 5,916.
Norrish, K. & Rausell-Colom, A.(1963) Low angle X-ray diffraction studies of the swelling of montmorillonite and vermiculite. Clays Clay Miner. 10, 123148.
Pezerat, H. & Mering, J.(1967) Recherches sur la position des cations échangeables et de l'eau dans les montmorillonites. C.R. Acad. Sci. Paris 265, 529532.
Pons, C.H. & Tchoubar, D.(1973) Diffusion des rayons X aux petits angles produite par les défauts dans les carbones. Influence d'un système optique à fente limitée en hauteur. C.R. Acad. Sci. Paris 277, 679681.
Pons, C.H. Tchoubar, C. & Tchoubar, D.(1980) Organisation des mol´cules d'eau à la surface des feuillets dans un gel de montmorillonite-Na. Bull. Soc. Franç. Minér. 103, 452456.
Schiller, C. & Mering, J.(1967) Diffusion centrale des rayons X par des carbones graphitables. Déviation de la loi de Porod. C.R. Acad. Sci. Paris 264, 247250.
Tchoubar, D., Rousseaux, F., Pons, C.H. & Lemonnier, M.(1978) Small angle scattering at LURE: description and results. Nuclear Instr. Methods, 152, 301305.

Utilisation du rayonnement synchrotron en diffusion aux petits angles pour l'étude du gonflement des smectites: I. Etude du systeme eau-montmorillonite-Na en fonction de la temperature

  • C. H. Pons (a1), F. Rousseaux (a2) and D. Tchoubar (a1)

Metrics

Full text views

Total number of HTML views: 0
Total number of PDF views: 0 *
Loading metrics...

Abstract views

Total abstract views: 0 *
Loading metrics...

* Views captured on Cambridge Core between <date>. This data will be updated every 24 hours.

Usage data cannot currently be displayed