Розглядаються електрокінетичні явища: електрофорез, електроосмос, потенціал протікання, потенціал осідання. Подається будова подвійного електричного шару (ПЕШ): теорія Гельмгольца-Перрена, теорія Гуї-Чепмена, теорія Штерна. Рівняння Гельмгольца-Смолуховського.

1. LOGO
Лекція № 3
ЕЛЕКТРОКІНЕТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
КОЛОЇДНИХ СИСТЕМ
к.т.н., доц. Сабадаш Наталія Іванівна

2. План:
ЕЛЕКТРОКІНЕТИЧНІ ЯВИЩА
ПОДВІЙНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ ШАР (ПЕШ)2
1
Електрофорез;
Електроосмос;
1.1
1.2
Потенціал протікання;
Потенціал седиментації;1.4
1.3
Теорія Гельмгольца-Перрена;
Теорія Гуї-Чепмена;
2.1
2.2
Теорія Штерна;
Електрокінетичний потенціал (ξ-потенціал);2.4
2.3

3. LOGO
1. ЕЛЕКТРОКІНЕТИЧНІ ЯВИЩА

4. До електрокінетичних явищ відносяться:
 електрофорез;
 електроосмос;
 потенціал протікання;
 потенціал осідання.

5. 1.1. Електрофорез
 Електрофорез – явище перенесення
частинок дисперсної фази у постійному
електричному полі.

6. Схема досліду Рейса з електрофорезу

7. 1.2. Електроосмос
 Електроосмос – явище переміщення ДС
відносно нерухомої ДФ у постійному
електричному полі.
 Електрофорез та електроосмос були відкриті
Ф.Ф.Рейсом у 1808 році при дослідженні
електролізу води.

8. Схема досліду Рейса з електроосмосу

9. 1.3.Потенціал протікання
 Пізніше (1859 р.) Квінке спостерігав явище,
зворотне електроосмосу.
 Його суть полягає у тому, що при протіканні
рідини під тиском через пористу діафрагму
виникає різниця потенціалів.
Це явище назвали потенціалом протікання.

10. Схема приладу для спостереження за
потенціалом протікання

11. 1.4.Потенціал седиментації
 Явище, зворотне електрофорезу, було відкрите
Дорном (1878 р.).
 При осіданні піску під дією сили тяжіння виникає
різниця потенціалів між рівнями різної висоти у
посудині.
Це явище дістало назву потенціалу седиментації.

12. Схема приладу для спостереження
потенціалу седиментації

13.  Вищенаведені явища назвали
електрокінетичними тому, що під дією
електричного поля спостерігались ті чи інші
переміщення речовин у дисперсних системах.

14. LOGO
2. ПОДВІЙНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ ШАР (ПЕШ)

15. Заряд колоїдних частинок зумовлений наявністю
на їх поверхні ПЕШ, який виникає внаслідок:
 вибіркової адсорбції одного з іонів електроліту, що
знаходиться в розчині, або
 за рахунок часткової дисоціації поверхні
дисперсних частинок у полярному середовищі.

16. Існує кілька теорій будови ПЕШ.
Розглядаючи будову ПЕШ зробимо ряд ПРИПУЩЕНЬ:
 ПЕШ складається з іонів одного знака, міцно з’єднаних із
твердою поверхнею та еквівалентної кількості протиіонів,
що перебувають в ДС поблизу міжфазної поверхні;
 Заряд на поверхні твердої фази можна розглядати як
поверхневий заряд, рівномірно розподілений по всій
поверхні;
 Між протиіонами та іонами того самого знака, що містяться
у ДС і не входять до складу ПЕШ, існує динамічна
рівновага;
 ДС завжди є безперервною фазою.
За таких припущень відмінності між теоріями будови ПЕШ
стосуються лише різного тлумачення структури шаруструктури шару
протиіонівпротиіонів.

17. 2.1. Теорія Гельмгольца – Перрена
 ПЕШ розглядається як плоский
конденсатор, одна обкладинка
якого – з’єднана з поверхнею
твердого тіла, а інша (що має
протилежний заряд) знаходиться
у ДС на дуже малій відстані від
твердої поверхні.
 Міжфазний φ0–потенціал, що
виникає на межі розділення фаз,
змінюється лінійно з відстанню від
поверхні.
φ0 – різниця потенціалів між ДФ і
розчином.
δ – відстань між обкладинками.

18. Недоліком цієї теорії є те, що товщина
ПЕШ дуже мала і наближається до
молекулярного рівня ≈ 0,3 нм.

19. 2.2. Теорія Гуї – Чепмена
Протиіони утворюють
розмитий шар, причому
концентрація зарядів у
ньому плавно падає із
збільшенням відстані від
поверхні.

20.  Шар протиіонів називається дифузійним шаром.
 Його формування визначається з одного боку
електростатичним притягуванням до поверхні, а з
другого – тепловим рухом, який розсіює іони по
всьому об'єму рідкої фази.
 Недоліком цієї теорії є те, що вона не враховує
специфічну адсорбцію протиіонів та не пояснює
явище перезарядки твердої поверхні.

21. 2.3. Теорія Штерна
 Згідно з цією теорією частина протиіонів
знаходиться на молекулярній відстані від твердої
поверхні, утворюючи адсорбційний шар, у якому
протиіони утримуються за рахунок
електростатичних та адсорбційних сил.
Адсорбційний шар щільний, товщина його постійна.
 Друга частина протиіонів має розмите
розташування і утворює дифузійний шар, який
має змінну товщину у залежності від концентрації
електролітів у дисперсійному середовищі.

22.  Заряд твердої поверхні
характеризує величину
поверхневого потенціалу φ0.
 Падіння потенціалу в ПЕШ
складається з падіння
потенціалу φδ в дифузній частині
ПЕШ і різниці потенціалів φ0–φδ
між потенціалвизначаючим і
адсорбційним шаром.
 Частина φδ-потенціалу дає
значення електрокінетичного
або ξ(дзета)-потенціалу.

23. Подвійний електричний шар

24. 2.4.Електрокінетичний потенціал (ξ-потенціал)
 ξ (дзета)-потенціал – це потенціал,
що виникає в дифузійній частині ПЕШ
по площині ковзання при переміщенні
частинки, здатної до руху в
електричному полі, відносно оточуючої
рідини.

25. Схема руху колоїдних часток в електричному полі

26. Рівняння Гельмгольца-Смолуховського
 де: k – коефіцієнт, який залежить від форми частинок
(для кульових k = 6, для циліндричних k = 4, а
для пластинчатих k = 2);
η – динамічна в’язкість середовища;
υеф – швидкість електрофоретичного перенесення;
s – відстань, на яку переміститься рухома межа
за час проведення досліду τ ;
l – відстань між електродами;
Е – різниця потенціалів, що подана на електроди;
ε – діелектрична проникність.

27. Прилад Бертона для визначення
електрокінетичного потенціалу

28. LOGO
Дякую за увагу!