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Hydrolysis and Decomposition of Hectorite in Dilute Salt Solutions

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

J. F. Kreit ,
I. Shainberg  and
A. J. Herbillon
J. F. Kreit
Affiliation:
Institute of Soils and Water, ARO, The Volcani Center, P.O. Box 6, Bet Dagan, 50-200, Israel
I. Shainberg
Affiliation:
Institute of Soils and Water, ARO, The Volcani Center, P.O. Box 6, Bet Dagan, 50-200, Israel
A. J. Herbillon
Affiliation:
Section de Physico-Chimie Minerale du Musee Royal de l'Afrique Centrale and University of Louvain, Place Croix du Sud 1, B-1348, Louvain-la-Neuve, Belgium
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Abstract

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The hydrolysis and decomposition of M-hectorite (M being Na, Li, Mg, or Ca) in dilute solutions of M-chlorides were studied by recording the changes in electrical conductivity (EC) of the clay suspensions with time, and by chemical analyses of the interclay solutions and resulting solid phases. The rate of hydrolysis of the hectorites in suspension, as evaluated by the change of EC with time, was found to decrease with increase in salt concentration (to zero for Na-hectorite in NaCl concentration of 47 meq/liter), and to decrease with increase in the valency of the adsorbed cation (the rate of hydrolysis of Ca-hectorite was one sixth of that of Na-hectorite). The rate of Na-hectorite hydrolysis was determined by the concentration of protons at the clay surface as calculated from the diffuse double layer theory.

Conversely, in suspensions of Al-hectorite saturated with Na, the hydrolysis rates were not dependent on the electrolyte concentrations. This result can be explained by assuming that the hydroxy-Al polymers at the clay surface determine the proton concentration at the clay surface. Hectorites saturated with structural cations (such as Mg and Li) are chemically more stable than those saturated with Na and Ca. The presence of Li and Mg at the clay surface slowed down the diffusion release of these octahedral ions to the clay surface, compared with Na and Ca hectorite, respectively.

Резюме

Резюме

Исследовались гидролиз и реакция разложения М-гекторита (где M то Na, Li, Mg, или Ca) в разбавленных растворах М-хлоридов путем регистрации изменений по времени электрической проводимости (ЭП) глиновых суспензии и путем химического анализа межглиновых растворов и получающихся твердых тел. Скорость гидролиза гекторита в суспензии, получаемая путем изменений ЭП по времени, уменьшалась с увеличением концентрации соли (полностью исчезая для Nа-гекторита при концентрации NaCl равной 47 мэкв/литр), а также с увеличением валентности адсорбированного катиона (скорость гидролиза Са-гекторита составляла одну шестую величины для Nа-гекторита). Скорость кидролиза Na-гекторита определялась по концентрации протонов на поверхности глины как это вычисляется по теории диффузионного двойного слоя.

В противоположность, в суспензиях Al-гекторита, насыщенного Na, скорости гидролиза были независимы от концентрации электролита. Этот результат можно объяснить принимая, что гидрокси-алюминиевые полимеры на поверхности глины определяют концентрацию протонов на поверхности глины. Гекториты, насыщенные структурными катионами (такими как Mg и Li), являются химически более стабильными, чем гекториты, насыщенные Na и Ca. Присутствие Li и Мg на поверхности глины замедляло диффузионное освобождение этих октаэдрических ионов на поверхности глины по сравнению с Na- и Ca-гекторитами, соответственно. [E.C.]

Resümee

Resümee

Es wurde die Hydrolyse und Zersetzung von M-Hektorit (M = Na, Li, Mg, oder Ca) in verdünnten Lösungen von M-Chloriden untersucht. Dazu wurde die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit (EC) der Tonsuspensionen im Laufe der Zeit verfolgt, und die Lösungen in den Zwischenschichten sowie die neugebildeten Festphasen chemisch analysiert. Wie aus der Veränderung der EC im Laufe der Zeit hervorgeht, nimmt die Hydrolysegeschwindigkeit der Hektorite in der Suspension mit zunehmender Salzkonzentration ab (bis auf 0 für Na-Hektorit bei einer NaCl-Konzentration von 47 mÄq/Liter), sowie bei zunehmender Wertigkeit der adsorbierten Kationen (e.g., die Hydrolysegeschwindigkeit von Ca-Hektorit war nur 1/6 von der des Na-Hektorits). Die Hydrolysegeschwindigkeit von Na-Hektorit wurde mittels der Protonenkonzentration auf der Tonoberfläche bestimmt, die mit der Theorie der diffusen Doppelschicht berechnet wurde.

Im Gegensatz dazu war die Hydrolysegeschwindigkeit von Al-Hektorit in mit Na gesättigten Suspensionen nicht von den Elektrolytkonzentrationen abhängig. Dieses Ergebnis kann durch die Annahme erklärt werden, daß die Aluminium-Hydroxy-Polymere an den Tonoberflächen die Protonenkonzentration an der Tonoberfläche bestimmen. Hektorite, die mit Struktur-Kationen gesättigt sind (wie Mg oder Li) sind chemisch stabiler als Hektorite, die mit Na oder Ca gesättigt sind. Das Vorhandensein von Li und Mg an der Tonoberfläche verzögert die Diffusion der Oktaederkationen an die Tonoberfläche im Vergleich zu Nabzw. Ca-Hektorit. [U.W.]

Résumé

Résumé

L'hydrolyse et la décomposition d'hectorite-M (M étant Na, Li, Mg, ou Ca) dans des solutions diluées de chlorides-M ont été étudiées en enregistrant les changements de la conductivité électrique (EC) des solutions argileuses avec le temps, et par des analyses chimiques des solutions interargile et des phases solides résultantes. On a trouvé que le taux d'hydrolyse des hectorites en suspension, évalué d'après le changement d'EC avec le temps, décroissait avec une augmentation de la concentration en sel (zéro pour l'hectorite-Na dans une concentration NaCl de 47 meq/litre), et décroissait avec une augmentation de la valence du cation adsorbé (le taux d'hydrolyse de l'hectotite-Ca était un sixième de celui de l'hectorite-Na). Le taux d'hydrolyse de l'hectorite-Na a été déterminé par la concentration de protons à la surface de l'argile, calculé à partir de la théorie de la couche double diffuse.

Réciproquement, dans des suspensions d'hectorite-Al saturées de Na, les taux d'hydrolyse n’étaient pas dépendants des concentrations sur l’électrolyte. Ce résultat peut être expliqué en assumant que les polymères hydroxy aluminium à la surface de l'argile déterminent la concentration de protons à la surface de l'argile. Les hectorites saturées de cations structuraux (tels que Mg et Li) sont chimiquement plus stables que celles saturées de Na et Ca. La présence de Li et Mg à la surface de l'argile a ralenti le déchargement par diffusion de ces ions octaèdraux à la surface de l'argile en comparaison avec les hectorites-Na et -Ca, respectivement. [D.J.]

Keywords

Electrical conductivityHectoriteHydrolysisHydroxy-Al polymersSalt solution
Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 30 , Issue 3 , June 1982 , pp. 223 - 231
Copyright
Copyright © 1982, The Clay Minerals Society

Footnotes

1

Contribution from the Agricultural Research Organization, The Volcani Center, Bet Dagan, Israel. No. E-129, 1980 series.

References

American Petroleum Institute, 1951 Preliminary reports, American Petroleum Institute Research Project 49, Reference clay minerals New York Columbia University 55.Google Scholar
Barnishel, R. I., Dixon, J. B. and Weed, S. B., 1977 Chlorites and hydroxy interlayerd ver-miculites and smectites Minerals in Soil Environments 331–356.Google Scholar
Bar-On, P. and Shainberg, I., 1970 Hydrolysis and decomposition of Na-montmorillonite in distilled water Soil Sci. 109 242–246.CrossRefGoogle Scholar
Barshad, I., 1960 The effect of the total chemical composition and crystal structure of soil minerals on the nature of exchangeable cations in acidified clays and in naturally occurring acid soils Trans. 7th Int. Cong. Soil Sci., Madison, Wisconsin 2 435–444.Google Scholar
Barshad, I. and Foscolos, A., 1970 Factors affecting the rate of the interchange reaction of adsorbed H+ on the 2:1 clay minerals Soil Sci. 110 52–60.CrossRefGoogle Scholar
Black, C. A., 1965 Methods of Soil Analysis .CrossRefGoogle Scholar
Brown, A. S. and Miller, R. J., 1971 Bentonite instability and its influence on activation energy measurements Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 35 705–709.CrossRefGoogle Scholar
Eeckman, J. P. and Laudelout, H., 1961 Chemical stability of hydrogen montmorillonite suspension Kolloid Z. 178 99–107.CrossRefGoogle Scholar
Feigenbaum, S. and Shainberg, I., 1975 Dissolution of illite, a possible mechanism of potassium release Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 39 985–990.CrossRefGoogle Scholar
Frenkel, H. and Suarez, D. L., 1977 Hydrolysis and decomposition of calcium montmorillonite Soil Sci. Soc. Amer. J. 41 887–891.CrossRefGoogle Scholar
Frink, C. R., 1965 Characterization of aluminum interlayers in soil clays Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 29 379–382.CrossRefGoogle Scholar
Frink, C. R. and Peech, M., 1963 Hydrolysis and exchange reactions of the aluminum ion in hectorite and in montmorillonite suspensions Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 27 527–530.CrossRefGoogle Scholar
Jackson, M. L., 1963 Aluminum bonding in soils: a unifying principle in soil sicence Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 27 1–10.CrossRefGoogle Scholar
Kamil, J. and Shainberg, I., 1968 Hydrolysis of sodium montmorillonite in sodium chloride solutions Soil Sci. 106 193–199.CrossRefGoogle Scholar
Kelley, W. F., 1951 Alkali Soils New York Reinhold.CrossRefGoogle Scholar
Llorca, R. and Cruz-Romero, G., 1977 Hydrolysis reactions in sodium montmorillonite suspension J. Soil Sci. 28 473–484.CrossRefGoogle Scholar
Osthaus, B. B. and Swineford, A., 1956 Kinetic studies on montmorillonite and montronite by acid dissolution technique Clays and Clay Minerals, Proc. 4th Natl. Conf., University Park, Pennsylvania, 1955 301–321.CrossRefGoogle Scholar
Schwertmann, U. and Jackson, M. L., 1964 Influence of hydroxy aluminum ions on pH titration curves of hydronium-aluminum clays Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 28 179–183.CrossRefGoogle Scholar
Shainberg, I., 1973 Rate and mechanism of Na-montmoril-lonite hydrolysis in suspensions Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 37 689–694.CrossRefGoogle Scholar
Shainberg, I., Low, P. F. and Kafkafi, U., 1974 Electrochemistry of sodium-montmorillonite suspensions: I. Chemical stability of montmorillonite Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 38 751–756.CrossRefGoogle Scholar
Van Olphen, H., 1963 An Introduction to Clay Colloid Chemistry New York Wiley-Interscience.Google Scholar