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ACTIVIDAD CATIÓNICA DE LAS ARCILLAS

Carlos Alberto Frías Fraíree-mail:Carlos_Frias_Fraire@hotmail.com

Materia: Laboratorio de FluidosIngeniería Petrolera quinto semestre

Daniel Gutiérrez Ramos

1.- INTRODUCCIÓN.

El objetivo principal de éste ensayo es estudiar porque las arcillas pueden absorber agua, y que es lo que hace que puedan absorber agua, una de las propiedades más importantes de las arcillas se encuentran el intercambio catiónico; los nexos los cuales permiten poder intercambiar átomos. También que poseen ciertas características como la permeabilidad, intumescencia, sensibilidad, plasticidad, entre otras, las cuales ayudaran caracterizar mejor las arcillas y poder diferenciar en que arcillas son mejores que otras en la absorción de agua.

2.- DESARROLLO.

¿Qué es una arcilla?La palabra arcilla proviene del latín

“argilla” y se encuentra en griego “argos” y su significado es blanco.

La arcilla es originada a partir de la meteorización de las rocas, y sus partículas son inferiores al tamaño de 2μm.

2.1 Características De Las Arcillas.Una de sus características de las

arcillas es que están compuestas, en su mayoría de filosilicatos, en especial de silicatos de aluminio que por lo general son silicatos de aluminio hidratados, y en otras ocasiones también de silicatos de magnesio, hierro y algunos otros metales, pero también hidratados.

2.1.1 No es una substancia única.Cuando decimos que no es una

substancia única nos referimos a que está constituida por alumisilicatos los cuales son propios de las arcillas.

La arcilla tiende a formar soluciones coloidales, al igual que tienen cierta plasticidad al combinarse con cierta cantidad de agua, también tienen la capacidad de retener más o menos agua e intercambiar iones o moléculas.

Las arcillas presentan diversas coloraciones, siendo la blanca la más pura

2.2 Fisicoquímica de las arcillas..Para que se pueda explicar con más claridad la estructura interna de las arcillas, tenemos el siguiente enunciado de la teoría de las arcillas, “La superficie de cada partícula de suelo posee carga eléctrica negativa de esta forma atrae a los iones positivos del agua” al igual que también atrae cationes de diferentes elementos como el sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg), aluminio (Al), entre algunos elementos.

La anterior teoría funciona de la siguiente manera, las moléculas del agua son polarizadas, en otras palabras funcionan por medio de dipolos permanentes, por esta razón se dice que el agua siempre podrá atraer otro volumen de agua, y el agua adsorbida aumenta con la carga eléctrica de cada catión.

2.2.1 Intercambio catiónico.La capacidad del intercambio catiónico (CIC) expresa la cantidad de bases adsorbidas en las partículas de acilla

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capaces de ser removidas. Las arcillas pueden cambiar los cationes adheridos a ellas… ¿cómo?, sencillamente, haciendo que circule a través de ellas una solución del catión que se desee agregar.

Nota: Hay que tener en cuenta que hay algunas arcillas que son menos sensibles al intercambio de cationes, por ejemplo las caolinitas; mientras otras que tienen más posibilidades de intercambio como las ilitas, por mencionar algo.

2.3 Nexos2.3.1 Nexos PrimariosLos nexos que ocurren entre los átomos de un cristal de arcillas son los siguientes:

2.3.1.1 Nexos IónicosÉste se establece entre dos átomos que tengan incompleto el número de electrones en sus bandas más exteriores. Sucede que uno de los átomos pierde electrones de su banda externa que pasaran a ocupar lugares de los electrones faltantes en la banda externa del otro.

Nota: Los átomos que ganen o pierdan uno o más electrones por este mecanismo se denominan iones y poseen cargas eléctricas desbalanceadas, positiva o negativa ya sea que haya ganado o perdido electrones.

2.3.1.2 Nexos CovalentesÉste ocurre entre dos átomos donde a cada uno le falta uno o más electrones en sus bandas extremas. En estos casos lo que pasa es que se comparten electrones con un átomo vecino.

2.3.1.3 Nexos A Través De Un Núcleo de HidrogenoEl núcleo del átomo de hidrogeno, son su carga positiva puede ejercer fuerzas de cierta consideración sobre átomos, iones o moléculas vecinas. Éste nexo una vez

establecido resulta más débil que la del iónico o que la covalente.

Nota: cuando se establece entre dos láminas de las que constituyen un cristal de arcilla produce uniones relativamente débiles y no muy estables.

2.3.2 Nexos SecundariosSon aquellos nexos que se establecen entre las moléculas y a ellos corresponden los niveles de energía relativamente bajos en comparación a la de los átomos.En estos nexos se muestra la fuerza de van deer Waals que son consecuencia de la naturaleza polar de las moléculas de muchas sustancias.La característica principal de este tipo de moléculas es, que sus centros de carga positiva y negativa no coinciden, por esta razón la molécula en conjunto funciona como un dipolo permanente. Por lo tano los nexos secundarios pueden establecerse entre cualquier tipo de molécula.

2.4 Relaciones entre partículas cristalinas de arcilla y agua.Cuando nos referimos de relación entre partículas, estamos hablando entre las relaciones existentes entre los cristales de arcilla que forman la estructura solida del suelo y el agua que las rodea.Este punto se refiere mucho a la formación de una capa entorno al cristal de arcilla sumergido en agua donde se hace un enfoque a que las cargas eléctricas (negativas o positivas) sean estables para entender la atracción o repulsión que presentan las partículas cristalinas de las arcillas.

2.5 PropiedadesAlgunas de las propiedades más importantes de las arcillas son la intumescencia, permeabilidad, sensibilidad y la plasticidad, por nombrar algunas.

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2.5.1 IntumescenciaCuando hablamos de intumescencia nos referimos cuando los suelos arcillosos absorben agua, en consecuencia a esto tendremos un aumento de volumen; esto sería el fenómeno contrario a la contracciónAlgunas arcillas como la bentonita pueden aumentar de volumen 1600% o más después de una prolongada empapada, en cambio otras arcillas como la caolinitica aumentan cuando mucho un 10%

2.5.2 PermeabilidadLas arcillas tienen baja permeabilidad, sus aperturas inter-granulares son demasiado pequeñas para permitir la circulación rápida.

2.5.3 SensibilidadLas partículas arcillosas poseen cargas eléctricas parecidas, por lo que originan mutua repulsión, siendo arrastradas a lo largo de las corrientes o dispersadas en un cuerpo de agua.

2.5.4 PlasticidadSe dice que la arcilla es platica cuando es sometida a un esfuerzo capaz de soportar deformaciones rápidas sin rebote elástico, sin variaciones volumétricas, sin desmoronarse o agrietarse, y obviamente conservando la forma adquirida al cesar el esfuerzo

2.5.4.1 Límite PlásticoEs el porcentaje que necesita la arcilla para que empiece a manifestarse la elasticidad

2.5.4.2 Límite LíquidoPorcentaje de agua a partir de la cual la arcilla deja de ser platica y se comporta como liquida

2.5.4.3 Índice de PlasticidadContenido de agua para una arcilla entre su límite líquido y su límite platico.

Matemáticamente expresado como una diferencia:

CONCLUSIONESEn conclusión podemos decir que la arcilla posee características muy importantes y vienen relacionadas con el tipo de arcilla ya que sus propiedades pueden cambiar dependiendo también de los componentes que la compongan, al igual que sus nexos juegan un papel importante en la estabilidad de sus átomos. El agua es otro componente que actuará de manera muy especial con la arcilla porque gracias a las propiedades de la primera se podrá saber que tanta absorción pueda tener la roca, saber cual es u permeabilidad, su sensibilidad, plasticidad, entre otras; al igual de saber qué tipo de arcillas son mejores absorbiendo agua.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Universidad Autónoma Gabriel René MorenoSanta Cruz, apuntes [En línea] Disponible en: www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_de_minas_y_petroleos/geologiafundamentos/default5.asp

[2] Juárez, Badillo. Mecánica de suelos, 1999. 703p

[3] Besoain, Eduardo. Mineralogía de arcillas de suelos, 1985. 1205p.

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