Abstract

Monte Carlo simulations in NPzzT and μVT ensembles of the hydration of Ca-saturated Wyoming-type montmorillonite show that one-layer Ca-exchanged montmorillonite hydrate with a d001 of 12.11 Å is stable at 353 K, 300 bar, and −7.21 kcal/mol potential. Two- and three-layer hydrates do not appear stable. At 353 K and 625 bar, the one-layer hydrate is nearly stable. In the interlayer space, molecules of H2O are clustered on the interlayer midplane, alternatively oriented with their protons toward the siloxane surfaces on both sides and on the midplane. The Ca2+ cations are solvated, in outer-sphere coordination, and located 2.77 Å from the H2O molecules. In sedimentary basins under normal geotherms, one-layer Ca-exchanged montmorillonite is the single hydrate stable at 2 km depth. In overcompacted sediments at 2.7 km depth, the hydrate could be unstable.

Abstract

Des simulations Monte Carlo de l’état d’hydratation de la montmorillonite de type Wyoming, utilisant les ensembles NPzzT and μVT, montrent que la montmorillonite hydratée à une couche, saturée en Ca et ayant une valeur d001 de 12.11 Å, est stable à 353 K, 300 bar, et à un potentiel de −7.21 kcal/mol. Les hydrates à deux ou trois couches ne semblent pas stables. A 353 K et 625 bar, la forme hydratée à une couche est presque stable. Dans l’espace interfoliaire, les molécules de H2O sont agglomérées sur le plan mitoyen, orientées alternativement de sorte que leurs protons sont orientés vers les surfaces des groupes siloxane aux deux côtés et sur le plan mitoyen. Les cations Ca2+ sont solvés, en coordinence avec les sphères externes, et situés à 2.77 Å des molécules de H2O. Dans les bassins sédimentaires ayant un gradient géothermique normal, la montmorillonite saturée en Ca à une couche serait le seul hydrate stable à une profondeur de 2 km. Dans les sédiments surcompactés à une profondeur de 2.7 km, cet hydrate pourrait s’avérer instable.

(Traduit par la Rédaction)

You do not currently have access to this article.