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Keywords:

  • kaolinite;
  • interfacial water structure;
  • molecular dynamic simulation;
  • clay minerals;
  • layered silicates;
  • electrokinetic behaviour

Abstract

The electrokinetic features and interfacial water structure, as revealed from molecular dynamics simulations (MDS) are considered with respect to the anisotropic features of selected two layer silicate minerals. Planar structures of kaolinite and antigorite are compared to the, compositionally equivalent, tubular structures of halloysite and chrysotile with respect to the pH dependency of zeta potential as determined from the electrophoretic mobility measurements. The importance of the atomic mismatch between the tetrahedral and octahedral sheets in a particular bilayer is discussed in order to explain the electrokinetic behaviour of these two layer silicate minerals. Interfacial water structure from MDS suggests that the silica tetrahedral surface is not wetted by water. In the case of planar silicates structural imperfections are considered to explain wetting characteristics. The possibility of polarity reversal (domain inversion) within a tetrahedral/octahedral layer and an out-of-order layer (inserted layer) within the tetrahedral/octahedral stack are considered in order to explain electrokinetic behaviour and wetting characteristics.

Les caractéristiques électrocinétiques et la structure de l'eau interfaciale, telles qu'elles sont révélées par les simulations de dynamique moléculaire (MDS), sont examinées pour déterminer les caractéristiques anisotropes des minéraux de silicate à double couche sélectionnés. Les structures planaires de la kaolinite et de l'antigorite sont comparées aux structures tubulaires, de composition équivalente, de l'halloysite et du chrysotile pour ce qui a trait à la dépendance au pH du potentiel zéta telle qu'elle est déterminée par les mesures de mobilité électrophorétique. L'importance de la non-concordance atomique entre les feuilles tétraédriques et octaédriques dans une bi-couche particulière est examinée afin d'expliquer le comportement électrocinétique de ces deux matériaux de silicate à deux couches. La structure de l'eau interfaciale révélée par les simulations MDS suggère que la surface tétraédrique de la silice n'est pas mouillée par l'eau. Dans le cas de silicates planaires, on pense que des imperfections structurales expliquent les caractéristiques de mouillage. La possibilité d'inversion de polarité (inversion de domaine) dans une couche tétraédrique/octaédrique et la présence d'une couche non-ordonnée (couche insérée) dans l'assemblage tétraèdre/octaèdre sont envisagées pour expliquer le comportement électrocinétique et les caractéristiques de mouillage.