VII. Propriétés physico-chimiques des
argiles
Les propriétés donnant aux argiles des
spécificités bien définies sont nombreuses, elles peuvent
être physiques et chimiques.
VII.1. Charge des surfaces argileuses
Les minéraux argileux portent une charge
électrique nette devant être compensée par l'adsorption
d'ions de signe opposé venant de la solution. Selon son origine, cette
charge est soit « permanente », c'est-à-dire
indépendante de la physico-chimie du milieu, soit « variable »
selon la composition de la solution, particulièrement selon le pH
[5].
? Charge permanente du feuillet :
La charge permanente peut être définie comme la
charge nette résultant des substitutions isomorphes à
l'intérieur du feuillet [5].
,
4+ 3+
L'existence de substitutions isomorphiques dans les couches
tétraédriques (Si ? Al
|
3+
Fe
|
|
3+
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2+
? Mg
|
2+
, Fe
|
2+ +
|
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) et/ou octaédrique (Al
|
|
; ou Mg ? Li ) confère un déficit de charge au
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feuillet [7]. Afin de rétablir
l'électroneutralité, cette charge est compensée par un
cation alcalin ou alcalino-terreux plus ou moins hydraté dit cation
compensateur et qui vient se loger dans l'espace interfoliaire entre deux
feuillets d'argile.
Chapitre-I- Etude bibliographie
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Figure I-18 : Adsorption à
l'équilibre et échange ionique [16].
? Charge de bordure de feuillet :
Aux bordures d'un feuillet, les valences du silicium et de
l'oxygène en couche tétraédrique d'une part, de
l'aluminium et de l'oxygène en couche octaédrique, d'autre part,
ne sont pas saturées. Pour compenser ces valences, des molécules
d'eau s'hydrolysent et il y a apparition de groupes silanols (Si-OH) ou
aluminol (Al-OH) qui en fonction du pH peuvent capter ou libérer des
protons. Le nombre et la nature des charges de bordure de feuillet seront donc
directement liés au pH. Les réactions mises en jeu sont les
suivantes [17] :
? En couche tétraédrique :
- Libération d'un ion hydrogène : ESi-OH + OH-
ESi-O- + H2O
? En couche octaédrique :
- Capture d'un ion hydrogène : EAl-OH + H+
EAl-OH2 +
- Libération d'un ion hydrogène : EAl-OH + OH-
EAl-O- + H2O
Chapitre-I- Etude bibliographie
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Figure I-19 : Charge variable de
minéraux argileux. Influence de pH sur le silanol (Si-OH) et aluminol
(Al-OH) en fonction des bords interrompus d'une kaolinite [5].
Les groupes hydroxyles, présents sur les faces
latérales des argiles 1/1 et 2/1 (Figure I-20), sont chargés
à la surface du minéral, et sont sensibles à la variation
du pH de l'eau porale (groupe amphotère). Il existe aussi des
réactions d'adsorption spécifique, situées sur les faces
latérales, de certains ions de l'eau porale (par exemple le sodium
Na+). Ces adsorptions se produisent sur les sites où les
valences des atomes du réseau ne sont pas toujours compensées
[18].
Figure I-20 : Sites de surface
aluminols, >Al-OH, et silanols, >Si-OH, en bordure de feuillet pour une
kaolinite, et sites de surface silanols pour une smectite [18].
Chapitre-I- Etude bibliographie
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Chapitre-I- Etude bibliographie
Les deux types de charges des minéraux argileux
présentées ci-dessus interviennent dans la Capacité
d'Échange Cationique (CEC) [5].
La CEC se définit comme étant le nombre de
cations monovalents qu'il est possible de substituer aux cations compensateurs
pour compenser la charge électrique de 100 grammes de minéral
calciné et s'exprime en milliéquivalent/100g d'argile
calcinée [19].
L'ordre de grandeur de la CEC des minéraux argileux est
variable allant de quelques méq/100g pour la kaolinite (charge variable)
à 150 méq/100g pour les vermiculites et smectites (importance de
la charge permanente) (tableau I-3 paragraphe VII.2) [5].
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