Clay Swelling: Role of Cations in Stabilizing/Destabilizing Mechanisms.
Clay Swelling: Role of Cations in Stabilizing/Destabilizing Mechanisms.
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DOI：
10.1021/acsomega.1c04384
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发表时间：
2022-02-01
期刊：
影响因子：
4.1
通讯作者：
Goel S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chen WL;Grabowski RC;Goel S
粘土矿物的逐步水化过程在研究中被反复观察到，但其内在机制尚不清楚。以往的数值研究证实了单水层（1 W）和双水层（2 W）水化状态的存在。然而，这些水合状态之间的未受干扰的过渡从未被捕获。利用分子动力学模拟，这项研究（i）模拟了第一次在粘土水化过程中的自由1 W-2 W转变，（ii）确定了潜在的机制是阳离子从粘土表面脱离，并在阳离子周围形成水分子壳。粘土的膨胀动力学被发现通过复杂的阳离子-粘土相互作用、阳离子水化能力和阳离子迁移速率受到粘土电荷、粘土矿物学和抗衡离子的影响。
The stepwise hydration of clay minerals has been observed repeatedly in studies, but the underlying mechanism remains unclear. Previous numerical studies confirmed the presence of one-water layer (1W) and two-water layer (2W) hydration states. However, the undisturbed transition between these hydration states has never been captured. Using molecular dynamics simulation, this study (i) simulated for the first time the free 1W–2W transition during clay hydration and (ii) identified the underlying mechanism to be the detachment of cations from the clay surface and the formation of a shell of water molecules around the cation. The swelling dynamics of clay was found to be affected by the clay charge, clay mineralogy, and counterions through complex cation–clay interactions, cation hydration capacity, and cation migration rate.
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