Факторы, от которых зависит

ДЗЕТА-ПОТЕНЦИАЛ

Дзета-потенциал тем больше, чем больше термодинамический потенциал .

Дзета-потенциал тем больше, чем больше , т. е. чем больше противоионов находится в диффузном слое (при одном и том же ).

На величину дзета–потенциала влияют:

• добавка индифферентного электролита;

• добавка неиндифферентного электролита;

• рН среды и другие факторы.

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Индифферентным электролитом называется электролит, ионы которого не способны достроить кристаллическую решетку частицы дисперсной фазы.

При введении в лиофобный золь индифферентного электролита возможны два случая.

1. В лиофобный золь вводится электролит, один ион которого одинаков с противоионом ДЭС. В этом случае термодинамический потенциал практически не изменится, следовательно, не изменится общее число противоионов, необходимых для компенсации потенциалопределяющих ионов, но изменится их распределение в ДЭС. Так как концентрация противоионов в коллоидном растворе увеличится, естественно, увеличится их концентрация в адсорбционном слое, значит, в диффузном слое их останется меньше. Диффузный слой сжимается – это приводит к уменьшению дзета-потенциала по абсолютной величине. Может быть достигнуто такое состояние, когда все необходимое число противоионов находится в адсорбционном слое, диффузного слоя нет, дзета–потенциал равен нулю, золь находится в изоэлектрическом состоянии.

Пример. Золь хлорида серебра стабилизирован хлоридом калия.

Формула мицеллы:

{n[AgCl]mCl^- (m – х)К⁺}^х- * хК⁺ .

Падение потенциала в ДЭС этой мицеллы показывает кривая l на рис. 8.6.

В изоэлектрическом состоянии мицелла будет выглядеть так:

{n[AgCl]mCl^- mК⁺}.

На рис. 8.6 ей соответствует кривая 2 (термодинамический потенциал не изменился, дзета-потенциал равен нулю).

Рис.8.6. Влияние индифферентного электролита (случай 1)

2. В лиофобный золь вводится индифферентный электролит, который не имеет ионов, входящих в ДЭС. В этом случае, ион, заряд которого одинаков по знаку с зарядом противоиона будет конкурировать за нахождение в ДЭС, будет происходить ионный обмен в соответствии с уравнением Никольского (5.6).

Влияние иона-конкурента на строение ДЭС зависит от его способности сжимать ДЭС: она возрастает от Li⁺ к Cs⁺, от F^- к Вг^- и объясняется возрастанием адсорбционной способности иона с увеличением кристаллического радиуса иона. Адсорбционная способность иона увеличивается также с увеличением его заряда.

Если адсорбционные способности противоиона и иона-конкурента близки, то будет происходить сжатие ДЭС и уменьшение дзета-потенциала вплоть до нуля.

Если же адсорбционная способность иона-конкурента значительно больше, чем данного противоиона (например, больше заряд), то может произойти перезарядка коллоидной частицы, т.е. дзета–потенциал изменит свой знак, сохраняя постоянным термодинамический потенциал. В качестве примера рассмотрим тот же гидрозоль AgCl, стабилизированный хлоридом калия (линия 1 на рис. 8.7). Если к этому золю добавлять нитрат натрия, будет происходить ионный обмен между ионами К⁺ и Na⁺, в результате которого в адсорбционном слое будут находиться как ионы К⁺, так и ионы Na⁺.

Так как их адсорбционные способности близки, увеличение концентрации ионов Na⁺ будет эквивалентно увеличению концентрации К⁺ и будет приводить к сжатию диффузного слоя и уменьшению дзета-потенциала по абсолютной величине вплоть до нуля (линия 2 на рис. 8.7).

Если к исходному золю добавить Fe(NO₃)₃, то ионы Fe³⁺ будут конкурировать с ионами калия за нахождение в адсорбционном слое, а так как адсорбционная способность ионов Fe³⁺ гораздо больше, в результате ионного обмена в адсорбционном слое ионов Fe³⁺ может оказаться так много, что они не только полностью скомпенсируют заряд потенциалопределяющих ионов, но и окажутся в избытке, придавая адсорбционному слою и дзета–потенциалу положительный заряд. Однако знак останется прежним, так как ионы Fe³⁺ не способны достраивать кристаллическую решетку твердой частицы и, следовательно, выступать в роли потенциалопределяющих ионов (кривая 3, рис. 8.7).

Рис.8.7. Влияние индифферентного электролита (случай 2)

Неиндифферентным электролитом называется электролит, один из ионов которого способен достраивать кристаллическую решетку твердой фазы, т.е. специфически адсорбироваться на поверхности твердой частицы, придавая ей свой заряд.

При введении в золь неиндифферентного электролита также возможны два случая.

1. В систему вводится тот же электролит, который образовал ДЭС.

В этом случае в золе одновременно возрастает концентрация как потенциал определяющих ионов, так и противоионов. Естественно, это приводит к появлению двух противоположных тенденций: с одной стороны, увеличение концентрации потенциалопределяющих ионов увеличивает , а следовательно, и электрокинетический потенциал; с другой стороны, увеличение концентрации противоионов приводит к сжатию диффузного слоя и уменьшению дзета-потенциала.

При малых концентрациях неиндифферентного электролита преобладает первый фактор и дзета–потенциал по абсолютной величине возрастает, при больших концентрациях дзета–потенциал уменьшается.

2. В систему вводится неиндифферентный электролит, имеющий потенциалопределяющие ионы противоположного знака.

Например, в золь хлорида серебра, стабилизированного хлоридом калия:

{n[AgCl]mCl (m – х)К⁺ }^х- * хК⁺,

добавили нитрат серебра, содержащий ионы Ag⁺, способные достроить кристаллическую решетку AgCl. По мере поступления ионов Ag⁺ в золь они попадают в адсорбционный слой и образуют с потенциалопределяющими ионами Сl малорастворимое соединение AgCl, что приводит к уменьшению по абсолютной величине как , так и Этот процесс идет до тех пор, пока все потенциалопределяющие ионы С1^- не cвяжутся ионами Ag⁺ – в этот момент и станут равными нулю. Дальнейшее добавление AgNO₃ приведет к тому, что ионы Ag⁺ будут специфически адсорбироваться на нейтральной поверхности твердой частицы, заряжая ее положительно. Таким образом, произойдет перезарядка поверхности – термодинамический потенциал станет положительным, формула мицеллы будет иметь вид:

{(n+m)[AgCl]mAg⁺(m–x)NO₃^-}^x+*xNO₃^-

Этот случай схематически представлен на рис. 8.8. На рисунке линия 1 соответствует исходному золю AgCl, а линия 2 – золю, полученному в результате добавления избытка AgNO₃.

ВЛИЯНИЕ _РН

Введение в золь ионов Н⁺ и ОН^- может сильно сказываться на величине дзета-потенциала, так как эти ионы обладают высокой сорбционной способностью: ионы Н⁺ – из–за малых размеров и, следовательно, большой плотности заряда, ионы ОН^- – из–за большой поляризуемости.

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЗОЛЯ

Здесь наблюдаются две противоположные тенденции:

• с разбавлением золя уменьшается концентрация противоионов, что приводит к расширению ДЭС и, следовательно, к увеличению по абсолютной величине дзета-потенциала;

• с разбавлением золя усиливается десорбция потенциал–определяющих ионов, что приводит к уменьшению по абсолютной величине и, следовательно, дзета-потенциала.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Влияние температуры на величину дзета–потенциала аналогично влиянию концентрации золя. С ростом температуры, с одной стороны, усиливается диффузия противоионов, ДЭС расширяется, дзета–потенциал по абсолютной величине возрастает; с другой стороны – усиливается десорбция потенциалопределяющих ионов, тем самым уменьшая абсолютную величину и дзета-потенциала.

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ ДИСПЕРСИОННОЙ СРЕДЫ

Дисперсионная среда обычно характеризуется двумя величинами: диэлектрической проницаемостью ( ) и вязкостью ( ).

Дзета–потенциал золя тем больше, чем больше диэлектрическая проницаемость среды.

Роль вязкости сводится, главным образом, к положению границы скольжения АВ. Чем больше вязкость, тем толще слой дисперсионной среды, который «прилипает» к частице при разрыве мицеллы и, следовательно, тем меньше численное значение дзета–потенциала.