Термодинамические характеристики воды, слабо связанной с поверхностью слоистых силикатов

Abstract

Определен изохорно-изотермический потенциал ΔF взаимодействия слабо (осмотически) связанной воды с поверхностью каолинита. По величине он не превышает 1,5 % свободной поверхностной энергии каолинита. Оценена теплота, выделяющаяся при взаимодействии граничных слоев воды с каолинитом. Она положительна (энтальпия –ΔН = Q отрицательна), и не превышает 1 % суммарной интегральной теплоты смачивания. По данным ΔF и ΔН определена энтропия ΔS слабосвязанной воды, которая сопоставлена с избыточной энтропией поверхностных слоев жидкой воды. Положительный знак энтропии свидетельствует о большей разупорядоченности структуры граничных слоев по сравнению с объемной фазой. Судя по соотношению ΔН и ТΔS, осмотическое набухание глин определяется именно энтропийной составляющей изохорно-изотермического потенциала.

Визначено ізохорно-ізотермічний потенціал ΔF взаємодії води, слабко (осмотично) зв’язаної з поверхнею каолініту. За величиною цей потенціал не перевищує 1,5 % вільної поверхневої енергії каолініту. Оцінено теплоту, що виділяється при взаємодії граничних шарів води з каолінітом. Ця теплота позитивна (відповідна ентальпія Δ H = Q від’ємна), але не перевищує 1 % сумарної інтегральної теплоти змочування. По даних ΔF і ΔH визначено ентропію ΔS слабко зв’язаної води. Цю ентропію співставлено з надлишковою ентропією поверхневих шарів рідкої води. Позитивний знак ентропії свідчить про більш розупорядковану структуру граничних шарів у порівнянні з об’ємною водою. Судячи з співвідношення величин ΔH і TΔS, осмотичне набухання глин визначається ентропійною складовою ізохорно-ізотермічного потенціалу.

The isochoric-isothermal potential ΔF of the interaction of weakly (osmotically) bonded water with the kaolinite surface is determined. This potential does not exceed 1,5 % of the free surface energy of kaolinite. The heat Q which is released during the interaction between the kaolinite and adjacent water layers is estimated. This heat is shown to be positive (the corresponding enthalpy ΔH = Q is negative) but does not exceed 1 % of total integral heat of wetting. From the ΔF and ΔH values thus determined, the entropy of weakly bonded water is calculated. This entropy is compared with the excess entropy of boundary layers of liquid water. The fact that this entropy is positive indicates that the structure of water surface layers is more disordered as compared with that of bulk water. It can be concluded from the relation between ΔH and TΔS values that the osmotic swelling of clays is governed by the entropy constituent of the isochoric-isothermal potential.