嚴(yán)建華++崔素萍++王志宏++柏曉強(qiáng)++韓策++徐玉茹

摘要：對(duì)粘土結(jié)構(gòu)和粘土-水系統(tǒng)性能進(jìn)行了辯證解析?；陔姾善胶獾男再|(zhì)，結(jié)合庫侖定律，從科學(xué)角度和辯證角度對(duì)粘土荷電性質(zhì)進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上對(duì)粘土結(jié)構(gòu)和粘土-水系統(tǒng)相關(guān)性質(zhì)，即粘性、可塑性、懸浮性的辯證內(nèi)涵進(jìn)行了分析。對(duì)課程教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行辯證思維以幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率的教學(xué)方法進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：粘土結(jié)構(gòu)；荷電性質(zhì)；粘土-水系統(tǒng)性質(zhì)；辯證思維；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）16-0085-02

粘土是無機(jī)材料的重要原料，粘土的結(jié)構(gòu)與性能是無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)的重要內(nèi)容和重點(diǎn)內(nèi)容之一，牽涉到無機(jī)材料的結(jié)構(gòu)、陶瓷的成型工藝和燒成工藝等。而牽涉成型工藝的粘土泥漿和泥團(tuán)性質(zhì)，由于其內(nèi)涵豐富、牽涉面廣且和生活、工程密切相關(guān)，是無機(jī)材料課程教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容和精彩內(nèi)容之一。如何在學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)上，通過辯證思索理解其中的理論內(nèi)涵以及延伸出對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的理解，是本部分內(nèi)容教學(xué)中值得思考和探索的問題。在這樣的一種考慮下，本文嘗試對(duì)《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》的粘土結(jié)構(gòu)、泥漿和泥團(tuán)的課程知識(shí)進(jìn)行一些辯證法解釋，并探討辯證教學(xué)在本部分內(nèi)容的本科教學(xué)中實(shí)施的必要性和措施。

一、粘土結(jié)構(gòu)和膠團(tuán)的辯證分析

伊利石結(jié)構(gòu)和蒙脫石結(jié)構(gòu)均屬于二層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。復(fù)合層中間的鋁離子起到了平衡層狀硅氧網(wǎng)絡(luò)陰離子因?yàn)閿嗑W(wǎng)而產(chǎn)生的部分負(fù)電荷，而尚未平衡的部分負(fù)電荷，由氫離子懸掛于硅氧網(wǎng)絡(luò)的非橋氧上，形成化學(xué)結(jié)合水。層狀硅氧網(wǎng)絡(luò)陰離子和作為構(gòu)成硅酸鹽中“鹽”的“堿”組分來源的鋁離子和氫離子一道，構(gòu)成一個(gè)電荷平衡體系，這是伊利石（水云母）類礦物和蒙脫石類礦物的共同特征。蒙脫石類礦物是在該三層復(fù)合結(jié)構(gòu)的鋁氧八面體中以低價(jià)的鎂離子對(duì)鋁離子取代而得到，而伊利石是在該三層復(fù)合結(jié)構(gòu)中的表面硅氧層中以鋁離子對(duì)硅離子的取代而獲得，這兩種取代產(chǎn)生的層內(nèi)負(fù)電荷，均需要復(fù)合層間的陽離子來平衡。但由于二者復(fù)合層內(nèi)負(fù)電荷的源頭和復(fù)合層表面的距離不同，從而產(chǎn)生了不同的性質(zhì)。在有了上述結(jié)構(gòu)方面的基礎(chǔ)知識(shí)之后，可以借用辯證分析的方法來進(jìn)一步理解二者在吸水性方面的差異。根據(jù)庫侖定律可以得出，伊利石復(fù)合層間用于平衡復(fù)合層內(nèi)負(fù)電荷的陽離子和復(fù)合層內(nèi)負(fù)電荷的吸引力較蒙脫石大。因而，伊利石不容易吸水，蒙脫石容易吸水且產(chǎn)生膨潤的效果。二者的區(qū)別可用水分子進(jìn)入復(fù)合層間的動(dòng)力和阻止水分子進(jìn)入復(fù)合層間的阻力這對(duì)矛盾加以分析。就動(dòng)力而言，通過考察復(fù)合層間的情況，可以看出，其一，復(fù)合層間有氧離子，和水分子存在氫鍵的作用；其二，復(fù)合層間的陽離子容易形成水合陽離子，對(duì)水有一定的結(jié)合力；其三，復(fù)合層間的水分子和復(fù)合層面的原子存在范德華力。就阻力而言，復(fù)合層間陽離子和復(fù)合層內(nèi)負(fù)電荷的作用力有使層間域變窄、將水?dāng)D出的作用。對(duì)伊利石而言，因?yàn)槠鋸?fù)合層內(nèi)負(fù)電荷和復(fù)合層間陽離子的作用力較大，因而阻力是矛盾的主要方面。而對(duì)于蒙脫石而言，水進(jìn)入復(fù)合層間的作用是矛盾的主要方面。而水分子進(jìn)入層間動(dòng)力和阻力的矛盾，還可以細(xì)分為復(fù)合層間陽離子形成水合離子的動(dòng)力和復(fù)合層間陽離子和復(fù)合層內(nèi)負(fù)電荷吸引力的矛盾，復(fù)合層面上氧離子通過氫鍵結(jié)合水的動(dòng)力和復(fù)合層間陽離子和復(fù)合層內(nèi)負(fù)電荷吸引力的矛盾，以及復(fù)合層面上的原子和水分子的范德華力與復(fù)合層間陽離子和復(fù)合層內(nèi)負(fù)電荷吸引力的矛盾。對(duì)于膨潤土和伊利石的吸水性而言，第一個(gè)矛盾是主要矛盾，第二、三個(gè)矛盾是次要矛盾。而矛盾不同方面所占據(jù)的主導(dǎo)地位不同，導(dǎo)致了吸水能力的差異。

二、粘土-水系統(tǒng)的工程應(yīng)用實(shí)例的辯證分析

粘土-水系統(tǒng)的工程應(yīng)用和粘土在水中形成膠團(tuán)有密切關(guān)系。當(dāng)粘土顆粒處于有水的環(huán)境中時(shí)，復(fù)合層間的陽離子將由于和水結(jié)合而與層內(nèi)負(fù)電荷距離增大，根據(jù)庫侖定律，復(fù)合層間陽離子和粘土顆粒吸引力降低。當(dāng)水分足夠多時(shí)，就形成了水合陽離子和帶負(fù)電的粘土顆粒所組成的膠團(tuán)，構(gòu)成了新的電荷平衡體系。膠團(tuán)的存在，根據(jù)含水量的不同，使粘土泥團(tuán)具有可塑性、使粘土泥漿具有穩(wěn)定性。而膠團(tuán)中負(fù)電核心顆粒和外圍水合離子的靜電引力作用，正是粘土-水系統(tǒng)具有粘性的根源所在。首先考慮粘土泥團(tuán)的可塑性?？伤苄缘亩x為加力可以變形而撤除力后可抵抗重力的作用而形狀得到保持。泥團(tuán)受力變形的原因?yàn)槟z團(tuán)帶來的水膜提供的潤滑作用，而力撤除后形狀得到保持的原因在于粘土泥團(tuán)的內(nèi)聚力。水的作用，起著調(diào)節(jié)矛盾運(yùn)動(dòng)過程的重要作用。水少時(shí)，粘土顆粒的內(nèi)聚力大，但此時(shí)，水膜比較薄，泥團(tuán)變形容易開裂。反之，水多時(shí)，水膜比較厚，泥團(tuán)容易變形，水分足夠大時(shí)，粘土膠團(tuán)之間還有自由水存在，不能保持變形后的形狀。對(duì)粘土泥團(tuán)變形后又可抵抗重力作用而保持形狀的這樣一個(gè)性質(zhì)進(jìn)行矛盾分析，可以看出，既有泥團(tuán)內(nèi)聚力和重力之間的矛盾，也有水膜破裂和變形量之間的矛盾。而前者又可以細(xì)化為重力和粘土層內(nèi)負(fù)電荷與周圍陽離子之間作用力的矛盾；膠團(tuán)內(nèi)部的氫鍵和重力的矛盾以及毛細(xì)管力和重力之間的矛盾。考慮粘土泥團(tuán)基于其層間陽離子而帶來的較大的可塑性，可以分析得出，諸多的矛盾中，粘土層內(nèi)負(fù)電荷與周圍陽離子之間作用力與重力之間的矛盾是主要矛盾。而水在矛盾主次方面的轉(zhuǎn)化過程中，起到了重要的作用。這里有一個(gè)有趣的問題是，當(dāng)水分含量較少時(shí)，可塑泥團(tuán)的毛細(xì)管力和粘土層內(nèi)負(fù)電荷與周圍陽離子之間作用力的作用力，到底哪個(gè)對(duì)泥團(tuán)內(nèi)聚力起更大的作用？而粘土的粘性，到底是毛細(xì)管力起主要作用還是靜電引力起重要作用？從辯證的角度來看，目前有的教科書的觀點(diǎn)也尚有可以探討之處。再來考慮粘土泥漿的穩(wěn)定性，這里就必須涉及到動(dòng)電電位，當(dāng)粘土-水系統(tǒng)水較多時(shí)，粘土顆粒的膠團(tuán)在水中分散存在，以帶負(fù)電的膠核為中心，周圍吸引陽離子形成電荷平衡體系。由于含水量大，膠團(tuán)之間有了距離，這就產(chǎn)生了膠團(tuán)熱運(yùn)動(dòng)的可能性，膠團(tuán)熱運(yùn)動(dòng)中，同樣有保持電荷平衡的傾向，但與此同時(shí)，膠團(tuán)外層的電荷由于和膠核負(fù)電荷的作用力較小，在膠團(tuán)運(yùn)動(dòng)過程中，就會(huì)跟不上膠核的運(yùn)動(dòng)速度，因而就構(gòu)成了一對(duì)矛盾。這對(duì)矛盾有諸多的轉(zhuǎn)化條件，譬如溫度、膠核負(fù)電荷平衡陽離子的種類。條件的變化導(dǎo)致了矛盾關(guān)系的變化，矛盾關(guān)系的變化則導(dǎo)致了動(dòng)電電位的變化乃至反轉(zhuǎn)。掌握了這種矛盾關(guān)系以及其轉(zhuǎn)化條件，則掌握了由動(dòng)電電位變化而導(dǎo)致的泥漿性質(zhì)的變化，如聚沉、懸浮等等。

三、辯證教學(xué)的實(shí)施

基于建構(gòu)主義的觀點(diǎn)，學(xué)生的知識(shí)是在老師的指導(dǎo)和外界的刺激下，由學(xué)生自己而不是其他人通過一定的方式不斷構(gòu)建而成的，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者，是內(nèi)因，而老師只是一個(gè)輔助者，是外因。學(xué)習(xí)的成效如何，學(xué)生的因素始終是主要因素，這也就可以解釋，為何同樣處于課堂之中，同樣在聽課并且在認(rèn)真聽課，不同學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受速度和理解程度存在很大差異。其本質(zhì)上反映了學(xué)生之間思維能力的差異。實(shí)施辯證教學(xué)，其本質(zhì)是幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)課本知識(shí)的同時(shí)，學(xué)會(huì)從辯證的角度來思考問題。我國的學(xué)生有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是通過中學(xué)和大學(xué)低年級(jí)的哲學(xué)課程的學(xué)習(xí)，對(duì)唯物辯證法的理論都有一定的掌握，因而在課堂中，只要結(jié)合科學(xué)知識(shí)進(jìn)行矛盾分析進(jìn)而進(jìn)行更為深入的辯證分析，經(jīng)過一段時(shí)間的引導(dǎo)，根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，在辯證思維能力方面均會(huì)有較大提高，從而在對(duì)知識(shí)的深度思考方面取得進(jìn)步。

當(dāng)然，辯證的教學(xué)其實(shí)也存在需要和教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)課時(shí)的適應(yīng)性問題。辯證思維的開放性盡管可以使內(nèi)容變得非常豐富，但內(nèi)容的豐富性其實(shí)也帶來相應(yīng)的復(fù)雜性。表現(xiàn)為兩個(gè)方面，其一是知識(shí)的量以數(shù)倍的比例增長，甚至是指數(shù)增長，如果追根究底，花費(fèi)的時(shí)間會(huì)和有限的課時(shí)沖突，其二是也會(huì)碰到老師也給不了所謂“正確”答案的難題。這是在教學(xué)實(shí)踐中需要不斷思考和解決的問題。

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