Тема 2. Свойства дисперсных систем,
Их устойчивость и коагуляция
Электрические свойства дисперсных систем
(продолжение)
Л е к ц и я
Саратов – 2013
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Электрокинетический потенциал.
2. Теории строения двойного электрического слоя.
Заключение
ЛИТЕРАТУРА
1. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. – М.: Высш. шк., 2006. – С. 139 – 154, 172 – 190.
2. Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. – СПб.: «Лань», 2003. – С. 106 – 116.
НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ И ПРИЛОЖЕНИЯ:
Слайды:
1. Cвойства дисперсных систем.
2. ДЭС по теории Гельмольца-Перрена.
3.. ДЭС по теории Гуи-Чэпмена.
4.. ДЭС по теории Штерна.
5. Факторы, влияющие на дзета-потенциал.
6. Электрокинетический потенциал.
ВВЕДЕНИЕ
Мы продолжаем изучение темы № 2 «Свойств дисперсных систем, их устойчивость и коагуляция». На прошлых лекциях были рассмотрены молекулярно-кинетические, оптические, а также электрические свойства дисперсных систем, которые проявляются в виде электрокинетических явлений (рисунок 1).
Рис. 1. Свойства дисперсных систем
Сегодня мы продолжим рассмотрение электрических свойств, ознакомимся с понятием электрокинетический потенциал, детально рассмотрим строение двойного электрического слоя и, как следствие, изучим строение коллоидной мицеллы. Материал сегодняшней лекции является основополагающим для рассмотрения вопроса устойчивости дисперсных систем и их разрушения – одного из центральных вопросов физики поверхности.
ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
Как мы показали на прошлой лекции на частицах дисперсной фазы, помещенных в жидкую дисперсионную среду, практически всегда возникает заряд (рисунок 2).
1.Избыток КСI 2. Избыток AgNO3
Рисунок 2. Возникновение заряда на поверхности частиц
Возникновение заряда на поверхности твердого тела приводит к тому, что на границе раздела фаз (между твердой частицей и раствором) возникает электрический потенциал. Его обозначают через j и называют термодинамическим или электрохимическим потенциалом. Ионы, из-за которых на поверхности частиц возникает заряд, называются потенциалобразующими (или потенциалопределяющими).
Однако в электрокинетических явлениях проявляется потенциал меньше, чем термодинамический. Электрокинетическим или дзета-потенциалом называют потенциал, который проявляется на границе скольжения при перемещении частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды (например, в электрическом поле). Его обозначают буквой z (дзета). Было установлено, что частица дисперсной фазы при движении увлекает за собой часть жидкости, которая перемещается вместе с частицей, и z- потенциал возникает на границе скольжения. Граница скольжения отделяет неподвижную, связанную с твердой частицей жидкую фазу от остальной жидкой фазы, относительно которой происходит перемещение дисперсных частиц (рисунок 3).
 |
Рис. 3. Граница скольжения между дисперсной частицей
(вместе с прилегающим слоем) и дисперсионной средой
Расстояние от поверхности частицы до границы скольжения определяется в первую очередь вязкостью дисперсионной среды. Таким образом, термодинамический потенциал возникает на границе между частицей и дисперсионной средой, а электрокинетический - на границе скольжения.
Электрокинетический потенциал – важная характеристика дисперсной системы. Он определяет скорость перемещения дисперсной фазы и дисперсионной среды, интенсивность электрокинетических явлений, устойчивость золей и разрушение их электролитами. Величину электрокинетического потенциала можно достаточно точно измерить по данным электрофореза или электроосмоса. Его знак определяется знаком заряда потенциалопределяющего слоя: если слой формируется анионами, то z- потенциал будет отрицательным, если он образуется из катионов, то отрицательным.
1. Расчет z- потенциала по данным электрофореза.
,
где u – скорость перемещения частиц дисперсной фазы, м/с
(можно наблюдать визуально и измерить);
h – коэффициент вязкости среды, н . с/ м2;
y – коэффициент, учитывающий форму частиц (для сферических –
0,66; для цилиндрических – 1);
e – относительная диэлектрическая проницаемость среды;
eо – абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума
(8,85. 10-12 К2/Н.м2);
Е – напряженность внешнего электрического поля, В/м.
Таким образом, электрокинетический потенциал довольно просто определить экспериментально по скорости перемещения дисперсной фазы в электрическом поле с известным значением напряженности. Электрокинетический потенциал обычно не превышает 100 мВ.
2. Расчет z- потенциала по данным электроосмоса.
,
где Q – oбъемная скорость электроосмоса, м3/с
(объем раствора, протекающего через пористую мембрану
за единицу времени);
h – коэффициент вязкости среды, н . с/ м2;
c – удельная электропроводность, См/м;
e – относительная диэлектрическая проницаемость среды;
eо – абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума
(8,85. 10-12 К2/Н.м2);
I – сила тока, при которой проводился осмос, А.
Таким образом, чтобы определить величину электрокинетического потенциала z по данным электроосмоса надо экспериментально определить объем жидкости, перенесенной через пористую мембрану, удельную электропроводность раствора и силу тока, при которой проводился электроосмос.
Величина электрокинетического потенциала влияет на устойчивость дисперсных систем, на скорость электрофореза и электроосмоса. Величину z- потенциала можно изменить в соответствии с поставленными целями. Для этого необходимо знать факторы, влияющие на z- потенциал.
Факторы, влияющие на z- потенциал
1. Величина термодинамического потенциала j (чем больше j, тем больше z);
2. Концентрация индифферентного электролита в растворе (z- потенциал может сильно уменьшиться, даже до 0, или переменить знак на противоположный);
3. рН раствора (в некоторых случаях).
Чтобы понять причины влияния этих факторов на z- потенциал, необходимо рассмотреть строение двойного электрического слоя.