Hostname: page-component-cd9895bd7-7cvxr Total loading time: 0 Render date: 2024-12-23T11:56:41.140Z Has data issue: false hasContentIssue false

Effects of Oxidation State of Octahedral Iron on Clay Swelling

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

Joseph W. Stucki
Affiliation:
Department of Agronomy, University of Illinois, Urbana, Illinois 61801
Philip F. Low
Affiliation:
Department of Agronomy, Purdue University, West Lafayette, Indiana 47901
Charles B. Roth
Affiliation:
Department of Agronomy, Purdue University, West Lafayette, Indiana 47901
D. C. Golden
Affiliation:
Department of Agronomy, University of Illinois, Urbana, Illinois 61801
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Core share and HTML view are not available for this content. However, as you have access to this content, a full PDF is available via the ‘Save PDF’ action button.

Three montmorillonites and a nontronite were reduced by sodium dithionite to obtain different amounts of Fe2+ in their octahedral sites. The mass ratio of water to clay, mw/mc was determined as a function of Fe2+ at several values of the swelling pressure, π. The value mwmc decreased markedly with increasing Fe2+ at each value of π for each clay. Moreover, curves of π vs. mwmc for the different clays were displaced downwards as Fe2+ increased. A straight line was obtained when In(π + 1) was plotted against 1/(mw/mc) however, at some oxidation states of three of the samples this line exhibited a sharp break at a specific value of 1/(w/mc. The slope of the line decreased for each clay as Fe2+ increased, and an increase in Fe2+ was accompanied by an increase in the cation exchange capacity. These observations are thought to be due to a collapse or partial collapse of the superimposed clay layers resulting from the increase in cation-exchange capacity.

Резюме

Резюме

Три монтмориллониты и нонтронит восстанавливались при помощи дитионита натрия, чтобы получить различные количества Fe2+ в их октаэдрических местах. Отношение массы воды до массы глины, м,/мг, определялось как функция Fe2+ при нескольких величинах давления набухания, П. Значение мвг уменьшалось значительно с увеличением Fe2+ при всех величинах П для каждой глины. Кроме того, кривые П как функции м,/мг для различных глин перемещались вниз, когда Fe2+ увеличивалось. Прямая линия получалась для функции 1п(П + 1) в зависимости от 1/(мвг); однако, при некоторых состояниях окисления трех образцов эта линия имела острый перелом при опреде¬ленном значении 1/(мвг). Наклон линии уменьшался для каждой глины, тогда как Fe2+ увеличи¬валось, и увеличению Fe2+ сопутствовало увеличение катионообменной способности. Предполагается, что эти наблюдения были в результате полного или частичного разрушения наложенных глинистых слоев, получающихся в следствие увеличения катионообменной способности. [Е.G.]

Resümee

Resümee

Drei Montmorillonite und ein Nontronit wurden mittels Na-Dithionit reduziert, um verschiedene Fe2+-Gehalte auf den Oktaederplätzen zu erhalten. Das Mengenverhältnis von Wasser zu Ton, mw/mc wurde als eine Funktion von Fe2+ bei verschiedenen Werten des Quelldruckes, II, bestimmt. Der mw/mc-Wert nahm mit zunehmendem Fe2+ bei jedem n-Wert für jeden Ton beachtlich ab. Darüberhinaus verlagerten sich die Kurven, bei denen II gegen mw/mc für die verschiedenen Tone aufgetragen sind, mit zunehmendem Fe2+ nach unten. Eine gerade Linie wurde erhalten, wenn ln(II + 1) gegen l/(mw/mc) aufgetragen wurde; jedoch zeigte diese Linie bei einigen Oxidationszuständen bei 3 der Proben einen scharfen Knick bei einem spezifischen Wert von l/(mw/mc). Die Neigung der Linie nahm für jeden Ton ab, wenn Fe2+ zunahm, und eine Zunahme des Fe2+ wurde von einer Zunahme der Kationenaustausch-kapazität begleitet. Man nimmt an, daß diese Beobachtungen mit einem Zusammenbruch oder einem teilweisen Zusammenbruch der überlagerten Tonlagen zusammenhängen, der von der Zunahme der Kationenaustauschkapazität herrührt. [U.W.]

Résumé

Résumé

Trois montmorillonites et une nontroni te ont été réduites par une dithionite de sodium pour obtenir différentes quantités de Fe2+ dans leurs sites octaèdraux. La proportion de masse d'eau à argile mw/mc a été déterminée en fonction de Fe2+ à plusieurs valeurs de la pression de gonflement H. La valeur mw/mc a diminué de manière marquée au fur et à mesure de l'augmentation de Fe2+ à chaque valeur de n pour chaque argile. De plus, les courbes de II vs. mw/mc, pour différentes argiles ont été déplacées vers le bas au fur et à mesure de l'augmentation de Fe2+. On a obtenu une ligne droite lorsqu'on a relevé ln(n + 1) vs. 1/(mw/mc); cette droite a cependant exhibé une cassure nette à une valeur spécifique de l/(mw/mc) à certains états d'oxidàtion des trois échantillons. L'inclinaison de la droite a diminué pour chaque argile au fur et à mesure de l'augmentation de Fe2+, et une augmentation de Fe2+ a été accompagnée d'une augmentation de la capacité d’échange de cations. On croit que ces observations sont dues à l'affaissement ou l'affaissement partiel des couches d'argile superimposées résultant de l'augmentation de la capacité d’échange de cations. [D.J.]

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1984, The Clay Minerals Society

References

Foster, M. D., 1953 Geochemical studies of clay minerals: II. Relation between ionic substitution and swelling in montmorillonites Amer. Mineral. 38 9941006.Google Scholar
Foster, W. R., Savins, J. G. and Waite, J. M., 1955 Lattice expansion and Theological behavior of relationships in water-montmorillonite systems Clays and Clay Minerals, Proc. 3rd Natl. Conf, Houston, Texas, 1954 395 296316.Google Scholar
Kohyama, N., Shimoda, S. and Sudo, T., 1973 Iron-rich saponite (ferrous and ferric forms) Clays & Clay Minerals 21 229237.CrossRefGoogle Scholar
Low, P. F., 1980 The swelling of clay. II. Montmorillonite Soil Sci. Soc. Amer. J. 44 667676.CrossRefGoogle Scholar
Norrish, K., 1954 The swelling of montmorillonite Disc. Faraday Soc. 18 120134.CrossRefGoogle Scholar
Ravina, I. and Low, P. F., 1972 Relation between swelling, water properties, and è-dimension in montmorillonite-water systems Clays & Clay Minerals 20 109123.CrossRefGoogle Scholar
Ravina, I. and Low, P. F., 1977 Change of ô-dimension with swelling of montmorillonite Clays & Clay Minerals 25 196200.CrossRefGoogle Scholar
Rhoades, J. D., Ingvalson, R. D. and Stumpf, H. T., 1969 Interlayer spacing of expanded clay minerals at various swelling pressures: an X-ray diffraction technique for direct determination Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 33 473475.CrossRefGoogle Scholar
Stucki, J. W., 1981 The quantitative assay of minerals for Fe2+ and Fe3+ using 1,10-phenanthroline. II. A photochemical method Soil Sci. Soc. Amer. J. 45 638641.CrossRefGoogle Scholar
Stucki, J. W., Golden, D. C. and Roth, C. B., 1984 Preparation and handling of dithionite-reduced smectite suspensions Clays & Clay Minerals 32 191197.CrossRefGoogle Scholar
Stucki, J. W., Golden, D. C. and Roth, C. B., 1984 Effects of reduction and reoxidation of structural iron on the surface charge and dissolution of dioctahedral smectites Clays & Clay Minerals 32 349355.CrossRefGoogle Scholar
Viani, B. E., Low, P. F. and Roth, C. B., 1983 Direct measurement of the relation between interlayer force and interlayer distance in the swelling of montmorillonite J. Colloid Interface Sci. 96 229244.CrossRefGoogle Scholar