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Grenzflächenleitfähigkeit

 
     
  Oberflächenleitfähigkeit, Überschussleitfähigkeit, entsteht durch Wechselwirkung der Porenflüssigkeit mit der Gesteinsmatrix, wobei sich eine elektrische Doppelschicht (Abb.) bildet. Diese spielt insbesondere bei Tonen eine grosse Rolle und bewirkt hier auch den Effekt der induzierten Polarisation. An der Grenzfläche zum Fluid bildet sich durch isomorphen Austausch von Gitteratomen eine negative Oberflächenladung aus, die eine Anlagerung von Kationen des Elektrolyten zur Folge hat (Stern-Schicht). In der sich daran anschliessenden diffusen oder Gouy-Schicht bewirkt die Diffusion der Ionen eine allmähliche Erniedrigung der Kationen- und Erhöhung der Anionenkonzentration. Erst in einiger Entfernung von dieser elektrischen Doppelschicht stellt sich wieder ein Gleichgewicht zwischen Anionen und Kationen ein. Die Mächtigkeit d (in nm) der diffusen Schicht berechnet sich aus:

Grenzflächenleitfähigkeitmit r =Permittivität, 0 = Influenzkonstante (8,859·10-12 As/Vm), k =Boltzmannkonstante (1,3807·10-23 J/K), T =absolute Temperatur (in K), e0 =Elementarladung (1,602·10-19 As), n = Wertigkeit der Ionen, NA = Avogadrozahl (6,0252·1023) und C =Konzentration des Elektrolyten (in mol/l). Die Grenzflächenleitfähigkeit σ0 selbst, um welche die Archie-Gleichung für tonhaltige Gesteine zu ergänzen ist, entsteht durch die Ionenkonzentration in der Doppelschicht, ihr Leitwert liegt relativ konstant in der Grössenordnung von 10-9 S. HBr

GrenzflächenleitfähigkeitGrenzflächenleitfähigkeit: Ionenverteilung in einer Bodenlösung in unmittelbarer Umgebung einer Austauschoberfläche: a) im Modell von Stern-Gouy, b) im Versuch (GL = Gleichgewichtslösung).
 
 

 

 

 
 
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