クレイによるイオン吸着の仕組み

JUGEMテーマ:クレイ(粘土)

 

クレイは、その構造内にマイナスの荷電を持っています。
マイナス荷電のバランスを取るように、クレイの層間に プラスのイオンを吸着しています。吸着されているプラスイオンは、クレイの種類によって違います

陽イオンが交換されやすいクレイ(モンモロナイト)

粘土鉱物の表面にあるマイナス電荷を与えるクレイ(イライト)などがあります

同形置換 Si4+Al3+  Al3+Mg2+に置き換わると、プラスの荷電がその分不足して粘土鉱物全体としてマイナスの荷電を生じます。

 

モンモロナイト…同型置換が主としてAl八面体層で生じているクレイ

水分子が酸素の方を陽イオンに向けてゆるく結合した水和物

カルシウムイオン,マグネシウムイ オン,カリウムイオン,ナトリウムイオン,アルミニウムイオンなどである

マグネシウムイオンの場合: Mg(OH2)6 2+という 組成

 

イライト…    同形置換は主としてSi四面体で生じている

同型置換の量が最も多く,同型置換による単位層の負電荷を中和する陽イオンに特徴があります。単位層は圧力によってぴったりと隙間なく積層しているために陽イオンのみと比べてイオン半径が大きい水和水は層の外へ絞り出されてしまいます 

すべて水和していないカリウムイオンが層間を占めます

クレイは、価数が高い電荷を持つ陽イオンが、低い電荷を持つもので置き換わることが多いために、全体としてマイナスの電荷を持つ

クレイパックすると

皮膚は クレイから解離したプラスイオンを吸収します

 

イオン交換

マイナスに荷電したクレイは、プラスイオンを吸着します。

H+NH4+K+Ca2+Mg2+・・・などです。

これらのイオンは、土と強い結合をしてしまうのではなく、

次の陽イオンが現れると、前にあった陽イオンと置き換わることが出来ます

土壌に硫酸アンモニウムを与えると、アンモニウムイオンがカルシウムイオンと

置き換わって土に吸着され、カルシウムイオンは硫酸カルシウムとなって出てきます。

 

荷電価数の高いものが低いものよりも強く保持されます

同じ電荷を持つ陽イオンの場合、イオン半径の大きいものの方が、小さいものよりも強く保持されるという選択性があります。

 

無機陽イオンにおける順列は

LiNaKMg2Ca2Ba2Al2Fe3H

NH4+のイオン半径は カリウムイオン マグネシウムイオン セシウムイオンくらいの大きさで

層間に保持されやすい

http://blog.new-agriculture.com/blog/2008/01/474.html 参照

 

 

ナトリウム型モンモロナイト:日本 アメリカ

 カルシウム型モンモロナイト:フランス

 ナトリウム型からイオン交換で徐々にカルシウム型に変化する

 

クレイと起電力について

粘土鉱物は金属を層の間に保持しています

イライトは 水和していないカリウム

水和していないカリウムが水和すると大量のエネルギーを発生させる

水素ガスも発生していると推測される

(モンモロナイトは水和した 陽イオンを保持しています)

 

物が水に溶ける

= プラスイオンとマイナスイオンは 水の水素同士の反発で分離する

 

 

 

 

クレイ単体で考えた場合 

マイナス電荷  イライト > モンモロナイト > カオリン

(水で希釈した場合)

溶けやすい金属とはイオンになりやすい金属のことであり、このイオンになりやすさのことを「イオン化傾向」と呼びます。イオンになりやすさは金属と電解液によって決まります。イオン化傾向は、「電極電位」として数値であらわすことができます

より溶けやすい金属とより溶け

にくい金属を含有しているクレイを別々の場所にパックすれば 高い電圧が作れます

 

イオン化傾向

K

Ca2

Na

Mg2

Al3

Fe3

標準電極電位

-2.93

-2.76

-2.71

-2.37

-1.66

--0.45

 

陽イオン交換順

Na

K

Mg2

Ca2

Al3

Fe3

 

内容物(金属イオン)のプラスマイナスを考える

モンモロナイト…同型置換が主としてAl八面体層で生じているクレイ

アルミ → マグネシウム になった分  酸素の結合対がフリーになっている

21型層状ケイ酸塩鉱物の構造中の同型置換負電荷

永久荷電 電荷量が溶液濃度・ pH に依存せず一定

 

変異荷電 電荷量が溶液濃度・ pH に大きく依存する

金属(水)酸化物表面・層状ケイ酸塩鉱物の端面における活性な表面水酸基

-SiOH = -SiO-  + H+  

-AlOH + H+ = -AlOH2+  正電荷 

 

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