Неиндифферентные электролиты («небезразличные»)

- это электролиты, ионы которых:

могут достроить кристаллическую решетку твердой частицы (т.е. содержат ионы, образующие кристалл);

Поэтому ионы этих электролитов:

могут быть потенциалопределяющими, а значит могут изменить термодинамический потенциал поверхности φ0.

VI. ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

ДЭС на границе раздела дисперсной фазы и дисперсионной среды обусловливает возможность взаимодействия дисперсных систем с электрическим полем. Эффекты, связанные с относительным перемещением двух фаз под действием электрического поля или с возникновением разности потенциалов при перемещении этих фаз относительно друг друга, называются электрокинетическими явлениями.

Электрофорез – явление перемещения частичек дисперсной фазы в дисперсионной среде под действием внешнего электрического поля. Скорость электрофореза прямо пропорциональна градиенту электрического потенциала. При электрофорезе, как и при электролизе, могут происходить оседание и разряжение частичек дисперсной фазы на электроде. При оседании частичек дисперсной фазы в жидкости возникает разность потенциалов (эффект Дорна), что можно обнаружить, введя в систему два электрода на различной высоте; возникающая разность потенциалов называется потенциалом седиментации. Это явление обратно электрофорезу.

Электроосмосом называется явление перемещения дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы (через капилляры, твердые пористые диафрагмы и мембраны, слои мелких частичек) под действием внешнего электрического поля. Количество перенесенной через пористую диафрагму жидкости прямо пропорционально силе тока в системе. При продавливании жидкости через диафрагму (капилляр, мембрану) из пористого материала, расположенную между электродами, появляется разность потенциалов. Это явление, обратное электроосмосу, называется эффектом Квинке, а возникающая разность потенциалов – потенциалом протекания. Он прямо пропорционален разности давлений по обе стороны пористой диафрагмы, не зависит от площади и толщины диафрагмы и количества протекающей жидкости.

Все электрокинетические явления связаны с существованием на границе раздела фаз ДЭС. При взаимном перемещении дисперсионной среды и дисперсной фазы слой жидкости, прилегающий к поверхности и прочно связанный с нею силами межмолекулярного взаимодействия, составляет с частичкой дисперсной фазы неразрывное целое. Он либо перемещается вместе с дисперсной фазой при электрофорезе или эффекте Дорна, либо остается неподвижным при электроосмосе и эффекте Квинке. Ионы, находящиеся в этом слое жидкости, перемещаются (или остаются неподвижными) вместе с дисперсной фазой. Этот прочно связанный с поверхностью слой имеет толщину, превышающую молекулярные размеры, поэтому в его состав входят потенциалопределяющие ионы, закрепленные непосредственно на границе раздела фаз, противоионы, сосредоточенные в адсорбционном слое Штерна, и часть противоионов диффузного слоя.

Электрокинетические явления определяются не общим зарядом q и потенциалом ϕ_s поверхности, а зарядом и потенциалом на плоскости скольжения (ζ -потенциалом).

Скорость электрофореза и электроосмоса, потенциалы протекания и седиментации прямо пропорциональны электрокинетическому потенциалу, что позволяет определять его значение при изучении электрокинетических явлений.

В простейших случаях, при отсутствии осложняющих процесс явлений, уравнения для расчета электрокинетического потенциала, т.е. количественной характеристики электрокинетического явления, имеют вид:

для электрофореза

для электроосмоса

для потенциала протекания

где u – линейная скорость электрофореза при градиенте потенциала

H=UL, U – внешняя разность потенциалов,

L – расстояние между электродами;

υ – объемная скорость электроосмоса при силе тока в системе, равной I, то есть объем жидкости, протекающей за единицу времени через мембрану в целом;

E – потенциал протекания, возникающий при перепаде давления ∆P; η, κ, ε – соответственно вязкость, удельная электропроводимость и диэлектрическая проницаемость дисперсионной среды;

ε₀ – диэлектрическая постоянная, равная 8.854⋅10^–12 Ф/м.

Методы измерения величин u, υ и E определяются видом дисперсной системы, для которой измеряется ζ -потенциал.

VII. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

Электрокинетические явления имеют большое практическое значение. Используя их, можно определить весьма важную характеристику дисперсных систем - -потенциал, а с помощью электрофореза можно разделять на фракции и характеризировать такие сложные смеси, как природные белки и другие высокомолекулярные электролиты.

Электрокинетические явления широко используются в технике, а также в научных исследованиях –нанесение покрытий на различные поверхности электрофоретическим методом. Данный метод, обеспечивающий высокую кроющую способность позволяет получить равномерное покрытие на деталях сложной конфигурации. При электрофоретическом методе нанесения покрытий как правило одним из электродом служит деталь, на которой формируется покрытие, другим –ёмкость с суспензией, дисперсная фаза которой наносится на поверхность детали. В зависимости от того, каким электродом (анодом или катодом) является покрываемая деталь, различают анодофорез и катодофорез.

Электрофоретический метод широко применяется также для покрытия катодов радиоламп, полупроводниковых деталей, нагревателей и т.д. Электрофорез используется в медицине, в биологии при выявлении биохимической и физиологической роли различных высокомолекулярных соединений. Этот метод используется также для фракционирования полимеров и минеральных дисперсий.

Явление электроосмоса лежит в основе способа удаления влаги при осушке объектов (стен зданий, сыпучих материалов и т.д.) и способа пропитки материалов различными веществами. Всё большее значение приобретает электроосмотическая фильтрация, сочетающая в себе два процесса: фильтрацию под действием приложенного давления и электроосмотический перенос жидкости в электрическом поле. Применение электроосмоса ограничено большим потреблением электроэнергии.

Явление потенциала течения и седиментации наблюдается в производствах, в которых осуществляется транспортировка жидкостей (перекачка технологических растворов, жидкого топлива), осаждение суспензий и эмульсий при разделении фаз. На концах трубопроводов и аппаратов могут возникать высокие разности потенциалов, которые являются причиной искровых разрядов, вызывающих пожары и взрывы.

Заключение

Существует много теорий строения двойного электрического слоя, но наиболее вероятной является теория Штерна, которая учитывает влияние радиуса иона на толщину слоя, а также специфическое взаимодействие ионов с поверхностью твёрдой фазы.

К электрокинетическим явлениям относятся: электроосмос, электрофорез, потенциал течения и потенциал седиментации. В основе их определения лежит уравнение Гельмгольца-Смолуховского, с помощью которого можно определить электрокинетический потенциал рассматриваемого процесса.

Электрокинетические явления нашли широкое применения в науке и технике, в биологии и медицине.

Литература

1) Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: «Химия», 1976г.;

2) Ребиндер П.А. Общий курс коллоидной химии. М.: «Высшая школа», 1960г.;

3) Кройт Г.Р. Наука о коллоидах. М.: «Высшая школа», 1974г.;

4) Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.: «Химия», 1980г.;

5) Шелудко А.А. Коллоидная химия. М.: «Высшая школа», 1978г.;

6) Берестенева З.Я. Электрические свойства коллоидных систем. Л.: «Химия», 1970г.;

7) Григоров О.Н. Электрокинетические явления. М.: «Наука», 1973г.