Intracrystalline Swelling of Montmorillonites in Water-Dimethylsulfoxide Systems

Abstract

The basal spacings of montmorillonites with Li, Na, K, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, and Pb interlayer cations were measured after immersion in dimethylsulfoxide (DMSO) and in water-DMSO mixtures. In DMSO alone, the spacings were in the range 18.3–19.3 Å and fell on or near a single curve when plotted against ionic field strength, q/r², where q = valence and r = ionic radius. These spacings correspond to double layers of DMSO molecules between the silicate layers. Water had practically no effect on the spacings when the mole fraction of DMSO exceeded about 35–45%. Osmotic swelling of Li-, Na-, and K-mont-morillonite occurred up to mole percentages of DMSO 45%, 30%, and 10%, respectively. K- and Cs-mont-morillonite formed single-layer complexes in appropriate water-DMSO mixtures with spacings of 14.3 Å prior to development of double-layer complexes when the mole fraction of DMSO exceeded 35% and 15%, respectively.

Резюме

Основные промежутки монтмориллонитов с межслойными катионами Li, Na, K, Cs, Mg, Са, Sr, Ва, и Pb были измерены после погружения их в смесях диметилсульфоокиси (ДМСО) и вода-ДМСО. Для соединений, погруженных только в ДМСО, основные промежутки находятся в интервале от 18,3 до 19,3 Å и располагаются на или в поблизости одной кривой, если их начертить как функцию силы ионного поля q/r², где q = валентность и г = ионный радиус. Эти промежутки соответствуют двойным слоям молекул ДМСО, расположенным между кремниевыми слоями. Практически, вода не имеет никакого влияния на эти промежутки, когда молярная доля ДМСО выше 35–45%. Осмотическое набухание Li-, Na-, и К-монтмориллонитов появлялось, когда молярние проценти ДМСО не превосходили соответственно 45%, 30%, и 10%, К- и Cs-монтмориллониты фопмировали в соответствующи вода-ДМСО смесях одно-слойные комплексы с промежутками 14,3 Å перед постройкой двух-слойных комплексов, в случае, если молярные доли ДМСО превышали соответственно 35% и 15%. [Е.С.]

Resümee

Nach Behandlung mit Dimethylsulfoxid (DMSO) und mit Wasser-DMSO-Mischungen wurden die Basisabstände von Montmorilloniten mit Li, Na, K, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, und Pb als Zwischenschichtkationen gemessen. Im Fall von DMSO allein sind die Basisabstände im Bereich von 18,3 bis 19,3 Å und liegen auf oder nahe einer einzigen Kurve, wenn man sie gegen die Ionenfeldstärke, q/r², aufträgt, wobei q die Valenz und r der Ionenradius ist. Die Abstände entsprechen Doppellagen von DMSO-Molekülen zwischen den Silikatlagen. Wasser hat praktisch keinen Einfluß auf die Abstände, wenn die Molfraktion von DMSO 35-45% übersteigt. Ein osmotisches Quellen von Li-, Na-, und K-Montmorillonit trat bis zu DMSO-Molprozenten von 45%, 30% bzw. 10% auf. K- bzw. Cs-Montmorillonit bildete in entsprechenden Wasser-DMSO-Mischungen Einzellagenkomplexe mit Basisabständen von 14,3 Å bevor sich Doppellagenkomplexe bilden, wenn die Molfraktion von DMSO 35% bzw. 15% übersteigt. [U.W.]

Résumé

Les espacements de base de montmorillonites ayant des cations intercouche Li, Na, K, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, et Pb ont été mesurés après immersion dans la sulfide dimethyl (DMSO) et dans des mélanges eau-DMSO. Dans la DMSO seule, les espacements s’étagent de 18,3-19,3 Å, et tombent sur ou près d'une seule courbe lorsqu'ils sont relevés sur un graphe avec la force de champ ionique, q/r², ou q = valence, et r = rayon ionique. Ces espacements correspondent à des couches doubles de molecules DMSO entre les couches silicates. L'eau n'avait pratiquement aucun effet sur les espacements lorsque la fraction molaire de DMSO excédait à peu près 35-45%. Il y avait un gonflement osmotique de montmorillonite-Li, -Na, et -K jusqu’à des pourcentages molaires de DMSO de 45%, 30%, et 10%, respectivement. Les montmoril-lonites-K et -Cs ont formé des complexes à couche simple dans les mélanges eau-DMSO appropriés avec des espacements de 14,3 À avant le développement de complexes doubles lorsque la fraction molaire de DMSO excédait 35% et 15%, respectivement. [D.J.]