Simplified, Complete CsCl-Hydrazine-Dimethylsulfoxide Intercalation of Kaolinite

Abstract

The coarse (2-0.2 μm) and fine (<0.2 μm) size fractions of several soil and reference kaolinite samples were completely intercalated and expanded to 11.2 Å using a simplified CsCl-hydrazine-di-methylsulfoxide (DMSO) treatment. Rapid equilibration of the clay in hot (80°C) hydrazine monohydrate and hot (100°C) DMSO, and the use of ceramic tile mounts, limited the sample pretreatment time to only 15 min. The fine size fraction of kaolinite may be X-rayed immediately after pretreatment, though analysis of the sample 2 or 12 hr after pretreatment produced more intense, sharp basal reflections. This difference may be due to a better ordering of the DMSO-kaolinite complex with time and to a drying of the excess DMSO. The coarse size fraction of kaolinite did not entirely expand to 11.2 Å when analyzed immediately after pretreatment. A 9.6-Å peak was also present and possibly represents a mixed layering of expanded and nonexpanded kaolinite layers. The larger crystals seem to require additional time for the reaction to become complete as evidenced by the presence of an intense, sharp 11.2-Å peak and absence of the 9.6-Å peak when the coarse clay was analyzed 2 or 12 hr after sample pretreatment. Kaolinite particles <50 μm did not react completely even when they were analyzed 24 hr after pretreatment. Therefore, this technique should be limited to <2-μm particles.

Резюме

Грубозернистая (2-0,2 μm) и мелкозернистая (<0,2 μm) фракции нескольких почв и образцовые каолиниты были полностью переслоины и набухолись до 11,2 Å при использовании упрощенной обработки CsCl-гидразино-диметидосульфоокисью (ДМСО). Быстрое уравновешивание глины в горячем (80°С) моногидрате гидразина и горячем (100°С) ДМСО, а также использование керамических кафельных оправ ограничивало время обработки до 15 минут только. Мелкозернистая фракция каолинита может быть исследована при помощи порошковой рентгеновской дифракции непосредственно после обработки, хотя анализ образца через 2 или 12 часов после обработки дает более интенсивные и острые основные линии. Это различие может быть результатом лучшего упорядочения комплекса ДМСО-каолинит со временем и высушения избытка ДМСО. Грубозернистая фракция каолинита не набухала полностью до 11,2 Å, если анализирована непосредственно после обработки. Дифракционная линия 9,6 Å также присутствует и она, вероятно, является результатом переслаивания набухшего и ненабухшего каолинита. Кажется, что кристаллы большего размера требуют добавочного времени, чтобы реакция закончилась, что вытекало из присутствия интенсивной, острой линии 11,2 Å и отсутствия линии 9,6 Å, если грубозернистая фракция глины анализировалась через 2 или 12 часов после обработки образца. Частицы каолинита размером <50 μm не реагировали полностью даже через 24 часов после обработки. Поэтому эта техника должна использоваться для частиц размером <2 μm. [E.G.]

Resümee

Die grobe (2-0,2 μm) und die feine (<0,2 μm) Kornfraktion mehrerer Bodenproben und der Vergleichskaolinitprobe wurden vollständig auf 11,2 Å expandiert, wozu eine vereinfachte Behandlung mit CsCl-Hydrazin-Dimethylsulfoxid (DMSO) verwendet wurde. Da der Ton mit heißem (80°C) Hydra-zinmonohydrat und heißem (100°C) DMSO rasch ins Gleichgewicht gebracht und Keramikplättchen als Träger verwendet wurden, hat sich die Vorbehandlung der Proben auf 15 Minuten verkürzt. Die feine Kornfraktion von Kaolinit kann unmittelbar nach der Vorbehandlung röntgenographisch untersucht werden, obwohl diese Untersuchung zwei oder zwölf Stunden nach der Vorbehandlung intensivere und schärfere Basis-reflexe liefert. Dieser Unterschied dürfte auf eine bessere Ordnung des DMSO-Kaolinit-Komplexes im Laufe der Zeit und auf die Trocknung des überschüssigen DMSO zurückzuführen sein. Die grübere Kornfraktion von Kaolinit war bei einer unmittelbar nach der Vorbehandlung durchgeführten Untersuchung noch nicht vollständig auf 11,2 Å expandiert. Ein 9,6 Å-Peak war ebenfalls vorhanden, der eine Wechsellagerung von expandierten und nicht expandierten Kaolinitlagen darstellt. Größere Kristalle scheinen eine zusätzliche Zeit zu benötigen, damit die Reaktion vollständig abläuft. Dies geht aus dem Auftreten eines intensiven und scharfen 11,2 Å-Peaks und aus der Abwesenheit des 9,6 Å-Peaks hervor, wenn man den gröberen Ton zwei odor zwölf Stunden nach der Probenvorbehandlung untersucht. Kaolinitteilchen <50 μm hatten noch nicht vollständig reagiert, wenn man sie vierundzwanzig Stunden nach der Vorbehandlung untersucht. Daher sollte man die Anwendung dieser Methode auf die Fraktion <2 μm beschränken. [U.W.]

Résumé

Les fractions de grosse taille (2-0,2 μm) et de taille fine (<0,2 (μm) de plusieurs échantillons de sol et de reference de kaolinite ont été complètement intercalatées et dilatées à 11,2 Å, en utilisant un traitement CsCl-hydrazine-diméthylsulfoxide (DMSO) simplifié. L’équilibration rapide de l'argile dans du monohydrate d'hydrazine chaud (80°C) et du DMSO chaud (100°C), et l'emploi de cadres de monture en tuile céramique a limité le temps de prétraitement de l’échantillon à 15 min seulement. La fraction de kaolinite de taille fine peut être radiographiée immédiatement après le prétraitement, quoique cette analyse de l’échantillon faite 2 ou 12 heures après le prétraitement a produit des reflections de base plus intenses et nettes. On peut attribuer cette différence à une plus longue durée de temps causant un meilleur rangement du complexe DMSO-kaolinite et au séchage du DMSO en excès. La fraction de kaolinite de grosse taille ne s'est pas dilatée entièrement à 11,2 Å lorsqu'on l'a analysée immédiatement après le prétraitement. Un sommet à 9,6 Å était aussi présent et représente possiblement un ensemble de couches mélangées de couches de kaolinite dilatée et non-dilatée. Les cristaux les plus grands semblent exiger plus de temps pour que la réaction soit complète, comme le met en évidence la présence d'un sommet intense et net à 11,2 Å et l'absence d'un sommet à 9,6 Å lorsque l'argile à gros grains était analysée 2 ou 12 heures après le prétraitement de l’échantillon. C'est pourquoi cette technique devrait être limitée aux particules <2 μm. [D.J.]