Тема 4. Электрокинетические явления в дисперсных системах.

(Задачи № 32-41)

На поверхности частиц дисперсных фазы при их контакте с жидкостью самопроизвольно возникает избыточный электрический заряд и формируется потенциалобразующий слой ионов (см. тему 3). К твердой поверхности из жидкой среды притягиваются ионы, знак которых противоположен знаку потенциалобразующего слоя. Они называются противоионами. Возникает двойной электрический слой (ДЭС). Его можно рассматривать как своеобразный конденсатор, внутренняя обкладка которого формируется из потенциалобразующего слоя ионов, а внешняя – из противоионов. Противоионы находятся в двух положениях: одна их часть образует адсорбционный слой, другая находится в диффузном слое.

Потенциал, возникающий на поверхности коллоидной частицы, называют электрокинетическим или ζ (дзета) – потенциалом. Электрокинетический потенциал численно равен работе, которую нужно совершить при переносе единицы заряда с поверхности гранулы в глубь дисперсной среды или наоборот.

Электрический заряд может возникать на любой твердой поверхности, находящейся в контакте с жидкостью. Наличие заряда на поверхности коллоидных частиц является причиной возникновения электрокинетических явлений, характерных только для дисперсных систем. Электрокинетическими называют такие явления, которые возникают при воздействии электрического поля на дисперсные системы и в результате перемещения частиц дисперсной фазы и дисперсной среды.

Внешнее электрическое поле вызывает такие электрокинетические явления, как электрофорез и электроосмос. Электрофорез – это перемещение дисперсной фазы относительно дисперсной среды в электрическом поле. Электроосмос – перемещение дисперсной среды относительно дисперсной фазы под действием внешнего электрического поля. При электрофорезе коллоидные частицы движутся к одному электроду, а диффузный слой противоионов перемещается к другому электроду. Измеряя скорость электрофореза и электроосмоса, можно определить электрокинетический потенциал. Зависимость скорости перемещения фаз от электрокинетического потенциала описывается уравнением Гельмгольца-Смолуховского:

(17),

где:

U₀ – скорость перемещения фазы,

ζ – электрокинетический потенциал,

E – напряженность или градиент внешнего поля,

η – вязкость дисперсионной среды,

ε – диэлектрическая проницаемость среды,

ε₀ – электрическая постоянная или абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, равная .

При электрофорезе скорость движения частиц U₀ при напряженности электрического поля Е, равной единице, называют электрофоретической подвижностью И_эф, , то есть:

(18)

Электрокинетический потенциал можно рассчитать по формулам:

(19),

или:

(20),

Электрокинетический потенциал является важным фактором устойчивости коллоидных систем.

Рассмотрим решение типовой задачи.

Задача 4.1. определите электрокинетический потенциал 20%-ного коллоидного раствора сахарозы при градиенте внешнего электрического поля 400 В/м, относительной диэлектрической проницаемости 69,4 , вязкости . Скорость электрофореза равна 13,5 мкм/с.

Решение: электрокинетический потенциал рассчитывается по формуле (19):

Ответ:электрокинетический потенциал равен 82,4мВ.