Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://conf.msu.ru/file/event/3383/eid3383_attach_9dcd48964101d33f9179732b95bcec8d932286d2.doc Дата изменения: Sun Nov 22 22:02:42 2015 Дата индексирования: Sun Apr 10 23:07:57 2016 Кодировка: koi8-r

СУЩЕСТВУЮТ ЛИ «ИОННО-ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ»
СТРУКТУРНЫЕ СВЯЗИ В ГРУНТАХ?
В.А.Королёв
Геологический факультет, кафедра инженерной и экологической геологии
МГУ имени М.В.Ломоносова

В статье В.И.Осипова и В.Н.Соколова [4], опубликованной в 1974 г.,
авторы «обосновали» наличие в глинистых грунтах так называемых «ионно-
электростатических» структурных связей, после чего представления о них
вошли в учебник «Грунтоведение» (1983) и далее во все последующие
публикации этих авторов по структурным связям вплоть до настоящего времени
[6]. Тем не менее, как будет показано ниже, введение данного типа связей -
«ионно-электростатических» - строго не доказано и на наш взгляд является
ложным. Обоснованию этого положения и посвящен настоящий доклад.
Вводя понятие об «ионно-электростатических» структурных связях,
В.И.Осипов подчеркивал, что они (на то время) изучены менее всего [5].
Можно добавить, что ни в одной монографии или учебнике по физической или
коллоидной химии ни в нашей стране, ни за рубежом, эти связи и по сей день
вообще не упоминаются. Их использование в области грунтоведения
основывается лишь на публикациях указанных авторов. Как же обосновывают
авторы введение этих связей? Согласно [5, c. 152-153], «Они возникают за
счет электростического притяжения отрицательно заряженных частиц
находящимися между ними катионами. Образование таких связей возможно в
глинах средней и высокой степени литификации, а также в глинах различной
степени литификации при их подсушивании.». Далее автор «описывает механизм»
их образования, ссылаясь на ряд работ зарубежных авторов (Norrish K., 1954;
Jordine E.St.A., Bodman G.B., Gold A.H., 1962; Hurst C.A., Jordine E.St.A.,
1964; Jordine E.St.A., Steel B.J., Wolfe J.D., 1965). Между тем, в
публикациях указанных авторов не говорится о связях такого типа, а лишь
анализируется межчастичное взаимодействие в рамках известной теории ДЛФО,
учитывающей баланс молекулярных и электростатических сил. В рамках этой
теории связи называются молекулярно-электростатическими.
Исходя из этого, «доказательствами» существования «ионно-
электростатических структурных связей» являются следующие позиции: 1) при
сближении плоских частиц глин на расстояния <20-30е в межконтактном в
зазоре ионам энергетически более выгодно находится в центре зазора, что
приводит к их одновременному взаимодействию (притягиванию) с обеими
поверхностями - образованию «ионно-электростатического мостика»; 2) наличие
«ионно-электростатического притяжения» между пакетами за счет катионов
калия в кристаллической микроструктуре иллита и данные Норриша (Norrish K.,
1954) по внутрикристаллическому набуханию монтмориллонита и вермикулита; 3)
уплотнение или высушивание влажных глин приводит к их упрочнению при
появлении дополнительного структурного сцепления за счет «ионно-
электростатических» связей.
Критически рассматривая эти «доказательства», можно отметить следующее:
1. Никем не доказано, что при сближении двух плоских частиц и
«перекрытии» их двойных электрических слоёв (ДЭС) катионы будут
концентрироваться именно в средней части зазора. Напротив, катионам
энергетически не выгодно находиться в этой области, т.к. взаимное
отталкивание одноименных электрических полей будет выталкивать
катионы из зазора и приводить к поляризации ДЭС. Взаимодействие
частиц на малых расстояниях (порядка нескольких нм) в полной мере
объясняется в рамках теории ДЛФО и последних работ для «не-ДЛФО»
взаимодействий, имеющих осциллирующий характер [2].
2. Наличие необменного калия в структуре иллита не доказывает
образование этого типа связи, т.к. в данном случае речь идет о
межслоевой (по сути химической) связи в кристаллической структуре
иллита за счет электростатического притяжения не скомпенсированных
отрицательных зарядов соседних слоёв положительным зарядом иона
калия. Это возможно внутри кристалла иллита, но не возможно между
отдельными частицами иллита или других глинистых минералов.
3. При уплотнении влажных глин катионы ДЭС не отжимаются вместе с
раствором, что доказано нами экспериментально путем анализа
концентраций последовательно отжимаемых порций порового раствора из
глин [1]. Высушивание глин упрочняет их не за счет «ионно-
электростатических мостиков», а за счет «явления самосборки» [3]
наночастиц в контактном зазоре при испарении менисков воды и
кристаллизации микрокристаллов солей, цементирующих и,
следовательно, упрочняющих контакт.
Таким образом, нет никаких оснований выделять в глинистых грунтах
особый вид структурных связей - «ионно-электростатических».
Литература
1. Злочевская Р.И., Королёв В.А. Электроповерхностные явления в глинистых
породах / Уч. пособие. - М., Издательство Московского ун-та, 1988. -
177 с.
2. ИзраелашвилиДж.Н. Межмолекулярные и поверхностные силы / Пер. с англ.
- М.: Научный мир, 2011, 456 с.
3. Лебедев-Степанов П.В., Кадушников Р.М., Молчанов С.П. и др. Самосборка
наночастиц в микрообъеме коллоидного раствора: физика, моделирование,
эксперимент. - Российские нанотехнологии, 2013, том 8, ?3-4 (март), с.
5-23.
4. Осипов В.И., Соколов В.Н. Роль ионно-электростатических сил в
формировании структурных связей глин. - Вестник МГУ. Сер. Геол.,1974,
?1, с.16-32.
5. Осипов В.И. Природа прочностных и деформационных свойств глинистых
пород. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979, 232 с.
6. Осипов В.И., Соколов В.Н. Глины и их свойства. Состав, строение и
формирование свойств. - М.: ГЕОС, 2013, 576 с.