Propriétés des minéraux argileux

Propriétés des minéraux argileux
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1. L’hydratation et le gonflement

Le phénomène d’hydratation engendre le phénomène de gonflement par augmentation de nombre de couches d’eaux de solvatation de cations de compensation dans l’espace interfoliaire. Le gonflement a un degré qui est fonction de la nature de l’argile, la nature des ions fixés sur l’argile, la molécule d’eau recèle en elle par trois possibilités de contracter les liaisons (Laribi et al., 2005) :

  • Elle est un dipôle, alors elle peut établir des liaisons de caractères électrostatiques.
  • Les deux hydrogènes assurent la formation des liaisons d’hydrogènes.
  • Son atome d’oxygène possède deux paires d’électrons libres (orbitale Sp3) ; ce qui permet de former des liaisons de coordination.

2. La capacité d’échange cationique

La substitution isomorphique dans les couches octaédriques par des cations de valences inférieure à celle des cations Al3+, crée un déficit de charge positive et confère au feuillet une charge globale négative. La neutralisation de cette charge est assurée par des cations échangeables (de compensation), localisés dans l’espace interfoliaire, il s’agit généralement des cations Na+, K+, Ca2+ et Ba2+.

Si maintenant des substitutions isomorphiques de Si4+ par Al3+ ont lieu au niveau de la couche tétraédrique, l’excès de charge négative est localisé beaucoup plus près des oxygènes de la surface, permettant la formation de complexes cette fois très forts avec des cations ou des molécules d’eau.

Cet échange est quantifié par une grandeur appelée capacité d’échange cationique (CEC). Elle est exprimée en milliéquivalent- gramme par 100 grammes d’argile (Pédro, 1994 ; Chiu et al., 1990).

3. La surface spécifique

La surface spécifique est une propriété essentielle dans la caractérisation des matériaux poreux, elle désigne l’ensemble des surfaces accessibles à des particules ioniques, elle est exprimée en m2/g. On peut distinguer (Wakim, 2005):

  • Les surfaces des plans extérieurs formant les bases des particules, ce sont les surfaces
  • Les surfaces cumulées de tous les plans des feuillets, qui limitent les espaces interfoliaires, appelées surfaces
  • Les surfaces qui marquent latéralement les limites des feuillets, ce sont les surfaces latérales. La mesure de la surface spécifique est basée sur la formation d’une monocouche de la substance adsorbée,  connaissant  les  dimensions  des  molécules  et  leurs  possibilités       d’arrangements, en déterminant alors la quantité fixée, on peut évaluer la surface qui leur sert de support. Les corps adsorbables qui permettent d’obtenir des résultats satisfaisants sont : les gaz inertes (N2), hydrocarbures aliphatiques ou des polyalcools simples comme le glycol ou glycérol.). L’augmentation de la surface spécifique donne un pouvoir de gonflement plus important et par conséquent un potentiel de gonflement plus élevé. Les caractéristiques de ces argiles sont résumées dans le tableau 2 :

Tableau 2 : Surfaces spécifiques de quelques minéraux argileux (Holtz et Kovacs, 1991).

 

Argiles Surfaces spécifiques totale (m2/g)
 

Montmorillonite Illite

Kaolinite

 

300-800

80

15

4. La densité de charge spécifique

La densité de charge spécifique est le rapport entre la capacité d’échange cationique (CEC) et la surface spécifique S de la particule argileuse. Deux types de charge existent dans les milieux argileux (Wakim, 2005).

  • Une charge permanente ou structurelle liée aux substitutions ioniques (Al3+ pour Si4+ dans la couche tétraédrique ; Mg2+ ou Fe2+ pour Al3+ dans la couche octaédrique),
  • Une charge de surface variable selon le pH du milieu liée aux réactions chimiques qui se produisent à la surface des minéraux.

L’augmentation de la densité de charge spécifique réduit le gonflement ou la pression de gonflement des matériaux argileux. Cette augmentation entraine l’attraction des ions, ce qui va provoquer donc une diminution de son épaisseur.

Source:

Mlle BOUKHATEM SABRINA 2018,

Etude de l’élimination d’un pesticide en solution aqueuse par une argile organophile

Université Abdelhamid Ben Badis-Mostaganem

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