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Effect of Al3+ and H+ Upon the Simultaneous Diffusion of 85Sr and 86Rb in Kaolinite Clay

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

D. A. Brown ,
R. E. Phillips ,
L. O. Ashlock  and
B. D. Fuquat
D. A. Brown
Affiliation:
Department of Agronomy, University of Arkansas, Fayetteville, Arkansas
R. E. Phillips
Affiliation:
Department of Agronomy, University of Arkansas, Fayetteville, Arkansas
L. O. Ashlock
Affiliation:
Department of Agronomy, University of Arkansas, Fayetteville, Arkansas
B. D. Fuquat*
Affiliation:
Department of Agronomy, University of Arkansas, Fayetteville, Arkansas
*
†(Presently in the Department of Agronomy, University of Kentucky, Lexington) and Research Assistants in Agronomy, respectively.
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Abstract

The effect of varying concentrations of Al3+ and H+ upon the simultaneous diffusion of 85Sr and 86Rb was measured in salt-free aliquots of clay having different Al:H ratios. The Sr and Rb saturation of the CEC was held constant while the exchangeable Al and H were varied from Al52:H1 to Al12:H34. Aliquots of each clay-treatment were dually tagged with 85Sr and 86Rb. Self-diffusion of Sr and Rb was measured at 4, 24, 48, and 75°C. Radioassay of 85Sr and 86Rb was made with an automatic gamma-detection system equipped with a 400 channel analyzer and card punch unit. The selfdiffusion equation was programmed for the 7040 computer to permit the simultaneous calculation of 85Sr and 86Rb self-diffusion coefficients. Rb diffusion was not significantly altered as the Al3+ concentration was increased from 12 to 52 per cent. The diffusion of Sr was significantly increased as Al3+ increased from 12 to 52 per cent. The faster diffusing Rb ion had a greater energy of activation than Sr (4·8 to 3·6 kcal/mole), however the Arrhenius frequency factor for Rb (a measure of the probability of ion exchange) was much greater for Rb than Sr (28·8 and 0·4 × 10−4, respectively). Altering the Rb and Sr saturation and the complementary ions resulted in changes in the diffusivity, the energy of activation, and the frequency factor for these ions, but not always in the same direction or to the same degree.

Résumé

Résumé

L’effet des concentrations variables de Al3+ et de H+ sur la diffusion simultanée de 85Sr et de 86Rb, a été mesuré sur des parties aliquotes d’argile sans sel, ayant des rapports Al:H différents. La saturation Sr et Rb du CEC a été maintenue constante, tandis que l’on variait Al et H, échangeables, de Al52:H1 à Al12:H34. Les parties aliquotes de chaque traitement d’argile ont été attachées deux par deux avec 85Sr et 86Rb. L’auto-diffusion de Sr et de Rb a été mesurée à 4, 24, 48 et 75°C. Le titrage radio de 85Sr et de 86Rb a été fait par un système automatique de détection aux rayons gamma, muni d’un analyseur 400 voies et d’un appareil à cartes perforées. L’équation d’auto-diffusion a été mise sous forme de programme pour l’ordinateur 7040 qui a calculé simultanément les coefficients d’auto-diffusion de 85Sr et de 86Rb. La diffusioh de Rb n’a pas subi de modification significative, alors que la concentration de Al3p augmentait de 12 à 52 pour cent. Par contre la diffusion plus rapide avait une plus grande énergie d’activation que Sr (4,8–3,6 kcal/mole), toutefois, le facteur de fréquence Arrhenius pour Rb (une mesure de la possibilité de l’échance d’ions) était beaucoup plus grand pour Rb que pour Sr (28,8 et 0,4× 10−4, respectivement). La modification de la saturation de Rb et de Sr et des ions complémentaires a apporté des changements dans la diffusivité, l’énergie d’activation, et la facteur de fréquence pour ces ions, mais pas toujours dans le même sens ou au même degré.

Kurzreferat

Kurzreferat

Die Wirkung von Änderungen der Konzentration von Al3+ und H+ auf die gleichzeitige diffusion von “Sr und 86Rb wurde in salzfreien, aliquoten Proben von Ton mit wechselnden Al:H Verhältnissen gemessen. Die Sr und Rb Sättigung des CEC wurde konstant gehalten, während die aus tauschbaren Al und H von Al52:H1 bis auf Al12:H34 variiert wurden. Die Selbstdiffusion von Sr und Rb wurde bei 4, 24, 48 und 75°C gemessen. Eine Radioprüfung des 85Sr und 86Rb wurde mit Hilfe eines automatischen Gammanachweissystems, das mit einem 400 Band Analysengerät und Lochkarteneinheit ausgerüstet ist, durchgeführt. Die Selbstdiffusionsgleichung wurde für den 7040 Rechner programmiert, um die gleichzeitige Bestimmung der Selbstdiffusionskoeffizienten von 85Sr und 86Rb zu ermöglichen. Die Rb Diffusion wurde durch Erhöhung des Al3+ Konzentration von 12 auf 52 Prozent nicht wesentlich verändert, während sich die Diffusion des Sr bei Erhöhung des Al3+ von 12 auf 52 Prozent wesentlich erhöhte. Das schneller diffundierende Rb Ion hatte eine grössere Aktivierungsenergie als Sr (4,8 gegen 3,6 kcal/Mol), doch war der Arrhenius Frequenzfaktor (ein Mass der Wahrscheinlichkeit eines Ionenaustausches)für Rb bedeutend grösser als für Sr (28,8 bzw. 0,4 × 10−4). Eine Veränderung der Rb und Sr Sättigung und der Komplementärionen führte zu Änderungen des Diffusions Vermögens, der Aktivierungsenergie und des Frequenzfaktors für diese Ionen, jedoch nicht immer in der gleichen Richtung oder im gleichen Ausmass.

Резюме

Резюме

Эффект меняющихся концентраций Аl3+ и Н+ на одновременную диффузию 85Sr и 86Rb измерялся в бессольных аликвотах глины, имеющих различные отношений Аl : Н Насыщение СЕС посредством Sr и Rb удерживалось постоянным, в то время как обмениваемые А1 и Н менялись с Аl52 : H1 до Аl12 : Н34. Аликвоты каждой обработки глиной были двоично мечены 85Sr и 86Rb. Самодиффузия Sr и Rb измерялась при 4, 24, 48 и 75 °С. Радиоак тивный анализ 85 Sr и 86Rb проводился пользуясь автоматической системой обнаружения гаммовых лучей, оснащенной анализатором на 400 каналов и перфокартным устройством. Уравнение само диффузии программировалось для вычислительной машины 7040, чтобы предоставить возможность одновременного вычисления коэффциентов самодиффузии 85Sr и 86Rb. Диффузия Rb в значительной степени не изменилась, поскольку концентрация Аl3+ повысилась с 12 до 52%. Диффузия Sr значительно увеличилась по мере повышения Аl3+ с 12 до 52%. Быстрее распространяющийся ион Rb обладает большей энергией активации, чем Sr (4, 8до 3,6 ккал/моль), однако частотный фактор Аррениуса для Rb (измерение вероятности ионообмена) намного больше для Rb чем для Sr (28,8 и 0,4 × ІО−4 соответственно). Изменяя насыщение Rb и Sr и дополнительные ионы повлекло за собой изменений коэффициента диффузии, энергии активации и частотного фактора для этих ионов, но не всегда в том же направлении или в той же степени.

Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 16 , Issue 2 , July 1968 , pp. 137 - 146
Copyright
Copyright © Clays and Clay Minerals 1968

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Footnotes

*

Contribution from the Agronomy Department, University of Arkansas, Fayetteville. Support of this work by a grant (NSF-G.P. 5363-Brown) from the National Science Foundation is gratefully acknowledged.

References

Barber, Stanley A. (1962) A diffusion and mass flow concept of soil nutrient availability: Soil Sci. 93, 39–49.CrossRefGoogle Scholar
Brown, D. A., Fulton, B. E. and Phillips, R. E. (1964) Ion exchange-diffusion —I. A quick-freeze method for the measurement of ion diffusion in soil and clay systems: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 28, 628–632.CrossRefGoogle Scholar
Coleman, N. G. and Craig, Doris (1961) The spontaneous alteration of hydrogen clays: Soil Sci. 91, 14–18.CrossRefGoogle Scholar
Gast, R. G. (1962) An interpretation of self diffusion measurements of cations in clay-water systems: J. Colloid Sci. 17, 492–500.CrossRefGoogle Scholar
Gast, R. G. (1963) Relative effects of tortuosity, electrostatic attraction and increased viscosity of water on self-diffusion rates of cations in bentonite-water systems: Int. Clay Conf. Proc., Stockholm, Sweden. Pergamon Press, New York. 251–259.Google Scholar
Graham-Bryce, I. J. (1965) Diffusion of cations in soils: Tech. Rep. Ser. No. 48, pp. 42–56. International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria.Google Scholar
Jackson, M. L. (1963) Aluminum bonding in soils: A unifying principle in soil science: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 27, 1–10.CrossRefGoogle Scholar
Jenny, Hans (1961) Reflections on the soil acidity merry-go-round: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 25, 428–432.CrossRefGoogle Scholar
Jones, L. H. and Thurman, K. A. (1957) The determination of aluminum in soil, ash, and plant material using eriochrome cyanine R. A: Plant and S oil 9, 131–142.CrossRefGoogle Scholar
Lai, T. M. and Mortland, M. M. (1962) Self-diffusion of exhangeable cations in bentonite: Clays and Clay Minerals Pergamon Press, New York, 9, 229–247.CrossRefGoogle Scholar
Lopez-Gonzales, J. de D. and Jenny, Hans (1959) Diffusion of strontium in ion exchange membranes: J. Colloid Sci. 14, 533–542.CrossRefGoogle Scholar
Low, Philip F. (1958). The apparent mobilities of exchangeable alkali metal cations in bentonite water system: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 22, 395–398.CrossRefGoogle Scholar
Marshall, C. E. (1964) The Physical Chemistry and Mineralogy of Soils. Vol. I. Soil Materials: Wiley, New York.Google Scholar
Nye, Peter, Craig, Doris, Coleman, N. T. and Ragland, J. L. (1961) Ion exhange equilibria involving aluminum: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 25, 14–17.CrossRefGoogle Scholar
Olsen, S. R. and Watanabe, F. S. (1963) Diffusion of soil phosphorus as related to soil texture and plant uptake: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 27, 648–653.CrossRefGoogle Scholar
Phillips, R. E. and Brown, D. A. (1964) Ion exchange diffusion —II. Calculation and comparison of self- and counter-diffusion coefficients: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 28, 758–763.CrossRefGoogle Scholar
Porter, L. K., Kemper, W. D., Jackson, R. D. and Stewart, B. A. (1960) Chloride diffusion in soils as influenced by moisture content: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 24, 460–463.CrossRefGoogle Scholar
Ragland, J. L. and Coleman, N. T. (1960) The hydrolysis of aluminum salts in clay and soil systems: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 24, 457–460.CrossRefGoogle Scholar
Rich, C. I. (1960) Aluminum in interlayers of vermiculite: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 24, 26–29.CrossRefGoogle Scholar
Thomas, G. W. (1960) Forms of aluminum in cation exchangers: 7th Int. Cong. Soil Sci. 2, pp. 364–369.Google Scholar
Thomas, H. C. (1965) Toward a connection between ionic equilibrian and ionic migration in clay gels: Tech. Rep. Ser. No. 48, International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria, pp. 4–19.Google Scholar
Thomas, H. C. (1965) Thermodynamics of ion exchange on colloidal materials with applications to silicate minerals: Tech. Rep. U .S. Atomic Energy Commission, The Univ. North Carolina, Chapel Hill, N. C.Google Scholar