Quantitative determination of the interlamellar volume in an interstratified mica-smectite soil clay

Abstract

Two well-characterized soils containing substantial amounts of interstratified mica-smectite have been examined by a combination of techniques in an attempt to correlate the characteristics of the interlamellar surfaces with other properties. The techniques used included XRD and chemical analyses, determination of surface area by nitrogen sorption and by desorption of water and ethylene glycol monoethyl ether vapour, and determination of cation exchange capacity. Reasonable agreement was found between the results obtained for the proportion of expanding or smectite-like surfaces, although estimates by XRD, especially when coarser material (> 2/µm) was included, were generally lower than those obtained by the other methods. The mean density of charge on the surfaces of the soil clays appeared to be similar to that of smectite. The decrease in porosity observed for both soils dried by the critical point method was largely accounted for by the decrease in volume associated with the loss of interlamellar water from the smectite-like interlamellar surfaces included within the clay fraction.

Résumé

Deux sols bien caractérisés, contenant des quantités importantes de mica-smectite interstratifié ont été examinés par une combinaison de plusieurs techniques pour tenter de corréler les caractéristiques des surfaces interlamellaires avec d'autres propriétés. Les techniques utilisées comprenaient la diffraction de rayons X, les analyses chimiques, la détermination des surfaces par sorption d'azote et par désorption de vapeur d'eau et d'éther monoéthyle d'éthylène glycol, et la dérmination de la capacité d'échange de cations. Un accord raisonnable a été trouvé entre les résultats concernant la proportion des surfaces en expansion ou de type smectite, bien que des estimations par diffraction de rayons X, particulièrement lorsqu'on incluait du matériau plus gros (> 22 µm) aient en général été plus faibles que celles obtenues par les autres méhodes. La densité moyenne de charge sur les surfaces des argiles de sol apparurent analogues à celle de la smectite. La diminution de porosité observée pour les deux sols désséchés par la méthode du point critique a été attribuée pour une part importante à la décroissance de volume associée à la perte d'eau interlamellaires par les surfaces interlamellaires de type smectite incluses dans la fraction argileuse.

Kurzreferat

Zwei gut charakterisierte Böden, welche beträchtliche Mengen an wechsellagigen Glimmer-Smektit enthalten, wurden in einem Vorhaben dutch verschiedene Methoden untersucht, um die Besonderheiten der Zwischenschichtoberflächen mit anderen Eigenschaften in Beziehung zu bringen. Die hier verwendeten Techniken waren Röntgendiffraktometrie und chemische Analysen, Bestimmung der spezifischen Oberfläche durch Stickstoffsorbtion und durch Desorbtion von Wasser und Athylenglykol, Monoäthyläther-Dämpfen und Bestimmung der Kationenaustauschfähigkeit. Eine vernünftige übereinstimmung zwischen den Ergebnissen für den Anteil der quellfähigen oder smektitähnlichen Oberflächen wurde gefunden, obgleich die Abschätzungen aus der Röntgendiffraktometrie im allgemeinen niedriger ausfielen, als die nach den anderen Methoden, vor allem, wenn gröberes Material (>2 µm) mit einbezogen wurde. Die mittlere Ladungsdichte auf der Oberfläche von den Bödentonen schien der des Smektits ähnlich zu sein. Die Abnahme in der Porosität, wie sie für beide Böden nach Trocknung durch die ‘kritische Punkt Methode’ beobachtet wurde, wurde größtenteils der Volumenabnahme zugeschrieben, die mit dem Verlust an Zwischenschichtwasser der smektitähnlichen innerkristallinen Oberflächen innerhalb der Tonfraktion verbunden ist.

Resumen

Se han examinado dos suelos bien caracterizados que contenían importantes cantidades de mica-esmectita interestratificadas empleando una combinación de técnicas en un intento de correlactionar las características de las superficies interlamelares con otras propiedades. Las técnicas empleadas comprenden las de difracción de rayos X y los análisis químicos, la determinación del área superficial por sorbción de nitrógeno y desorbción de agua y vapor de éter de monoetilo glicoletileno, y la determinacón de la capacidad de intercambio catiónico. Se halló una concordancia razonable entre los resultados obtenidos en cuanto a la proporción de superficies en expansión o semejantes a la esmectita, aunque los valores estimados por difracción de rayos X, especialmente cuando se incluia material más basto (> 2 µm), fueron generalmente más bajos que los obtenidos por otros métodos. La densidad media de carga de las superficies de las arcillas de suelos parecía ser similar a la de la esmectita. La disminución de porosidad observada en embos suelos secados por el método del punto crítico se debió mayormente a la disminución de volumen vinculada a la pérdida de agua interlamelar de las superficies interlamelares semejantes a la esmectita incluídas dentro de la fracción arcilla.