Электрокинетический потенциал

Примеры образования ДЭС. Суспензионный эффект.

В дисперсных системах ДЭС возникает на поверхности частиц твердой фазы в объеме жидкой или газообразной дисперсионной среды. Частицу дисперсной фазы с ДЭС в гетерогенно-дисперсной системе называют мицеллой. Внутреннюю часть мицеллы составляет электронейтральный агрегат основного вещества частицы. На поверхности частицы внутри фазы образуется слой потенциалопределяющих ионов. Агрегат со слоем ПОИ называют ядром мицеллы. Ядро с противоиноами плотного слоя составляют гранулу, которую окружают противоионы диффузионного слоя.

Суспензионный эффект – явление, при котором частицы с ДЭС создают в дисперсной системе соответствующую противоионами ионную среду. Суспензионный эффект обусловлен той частью противоионов, которые при разрушении ДЭС уходят вместе с частицами дисперсной фазы. Количественно суспензионный эффект равен:

рНсэ = рНсп – рНф (6.1)

где рНсп, рНф – значения рН соответственно дисперсной системы (суспензии, золя) и чистого растворителя.

Суспензионный эффект возрастает с увеличением концентрации дисперсной фазы, а при постоянной концентрации – с ростом дисперсности. При увеличении концентрации электролита суспензионный эффект снижается вследствие сжатия ДЭС.

С суспензионным эффектом связаны явления нейтрализации и перезарядки частиц с ДЭС при введении в дисперсную систему противоионов, обладающих большим адсорбционным потенциалом. Специфическая адсорбция многозарядных неорганических ионов, органических полиионов может привести к нейтрализации коллоидной мицеллы или к ее перезарядке, то есть агрегат заряжается ионами противоположного знака.

Поверхностные явления, связанные с возникновением электрокинетического потенциала впервые были исследованы в 1808 году профессором Московского университета Ф.Ф. Рейсом при постановке двух опытов по электролизу воды.

В первом использовалась U-образная трубка, перегороженная в нижней части дифрагмой из кварцевого песка. При наложении электрического поля жидкость перемещалась через диафрагму в колено трубки, в которую был погружен отрицательный электрод. По аналогии с осмосом, явление перемещения жидкости (как правило, раствора электролита) через пористые материалы и мембраны под действием разности потенциалов получило название электроосмос.

Во втором опыте в слой глины погружались две трубки, которые заполнялись водой. После наложения электрического поля наблюдалось перемещение частиц глины к положительно заряженному электроду. Явление частиц дисперсной фазы в электрическом поле получило название электрофорез.

Протекание электрокинетических явлений в дисперсных системах возможно при наличии на границе раздела фаз ДЭС, имеющего диффузионное строение. При относительном перемещении частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды происходит разрыв ДЭС по плоскости скольжения, обозначающей границу между адсорбционным и диффузионным слоями противоионов. В результате частицы дисперсной фазы и дисперсионная среда оказываются противоположно заряженными.

Потенциал, возникающий на границе разрыва ДЭС называют электрокинетическим потенциалом или x (дзета)-потенциалом. x-потенциал в общем случае всегда меньше потенциала диффузионного слоя противоионов.

Электрокинетический потенциал зависит от природы поверхности контактирующих фаз. Различают активные и инактивные поверхности. В водной среде активные поверхности образуют полиэлектролиты и другие ионогенные вещества, многие неорганические оксиды (например, SiO₂, Al₂O₃, FeO). Инактивные поверхности в водной характерны для веществ, не образующих ионогенных групп (графит, масли и др.). Заряд на них может возникать в результате адсорбции ионов ПАВ дифильного строения.

Определение значения и знака x-потенциала имеет большое значение для характеристики электрических свойств поверхностей при рассмотрении адгезии, смачивания, адсорбции и других поверхностных явлений.