Quellung

Durch die zwischen den Teilchen wirkenden kapillaren und osmotischen Kräfte nimmt ein Ton beim Befeuchten Wasser auf. Die dabei auftretende Volumenvergrößerung wird als Quellung bezeichnet. Die Wassermoleküle werden an die Tonminerale durch Oberflächenaktivität gebunden und bilden Wasserhüllen um die Teilchen aus.

Bei der Anwesenheit von Wasserüberschuss unterscheidet man zwei Arten, die interkristalline und die innerkristalline Quellung. Die interkristalline Quellung ist durch die Anlagerung der Wasserdipole an die freie Oberfläche der Tonminerale gekennzeichnet. Auf dieser sind austauschfähige Ionen (z. B. Ca2+, Mg3+, Na+, K+) adsorptiv gebunden. Diese Kationen besitzen ein stark unterschiedliches Wasserbindungsvermögen. Daraus resultiert neben der Größe der spezifischen Oberfläche und vorhandener freier Valenzen die Höhe der interkristallinen Quellfähigkeit der verschiedenen Tonminerale.

Die innerkristalline Quellung ist besonders für den praktischen Einsatz bei den Tonmineralen der Montmorillonit von Bedeutung. Unter innerkristalliner Quellung versteht man die Erscheinung, dass Wasser zwischen die Schichtpakete der Tonteilchen eindringt und dabei der Abstand von einem Schichtpaket der Struktur zum anderen stark aufgeweitet werden kann. Die Schichtpakete sind beim Montmorillonit nur durch schwache Nebenvalenzkräfte gebunden, so dass die Einlagerung von Wasser möglich ist.

Der Betrag der Quellfähigkeit wird maßgeblich von der Art der Ionenbelegung und von ihrer Packungsdichte (Ionenaustauschvermögen) beeinflusst. Mit Na+-Ionen belegte Bentonite (s. Natriumbentonit) können praktisch unbegrenzt quellen. Dagegen sind Ca2+-Bentonite (s. Kalziumbentonit) nur begrenzt quellfähig.

Nach W. Tilch kann man zusammenfassend das Quellen der Bindetone in drei Perioden aufteilen:

1. Kapillares Aufsaugen des Wassers (entspricht dem interkristallinen Quellen)

2. Eindringen des Wassers in den Raum zwischen den Schichtpaketen (entspricht dem innerkristallinen Quellen)

3. Hydratation der austauschfähigen Kationen

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